同步电机参数测试课程设计

《电励磁同步电机参数的测定系统设计》姓名：金敏班级：电气工程及自动化08-1班学号：21080288指导老师：邓先明教授时间：2011年11月11日2011电气工程及自动化专业综合课程设计2目录1概述.............................................................................................................................................32同步电机的工作原理.................................................................................................................42.1同步电机的结构模型.......................................................................................................42.2同步电机的工作原理.......................................................................................................42.2.1基本原理................................................................................................................42.2.2同步转速................................................................................................................52.2.3运行方式................................................................................................................52.3稳态工作过程及参数.......................................................................................................62.3.1同步电机的空载特性.............................................................................................62.3.2同步发电机的零功率因数负载特性.....................................................................72.3.3同步发电机的外特性.............................................................................................82.3.4同步发电机的调节特性.........................................................................................82.4瞬态工作过程及参数.......................................................................................................82.5同步电机参数测定的意义...............................................................................................93同步电机参数测试的方法.......................................................................................................103.1稳态参数的测试方法....................................................................................................103.1.1绕组电阻的测定..................................................................................................103.1.2漏电抗的测定......................................................................................................123.1.3同步电抗的测定..................................................................................................153.1.4负序阻抗的测定..................................................................................................173.1.5零序阻抗的测定..................................................................................................193.2瞬态参数测量设计.........................................................................................................213.2.1硬件电路设计......................................................................................................213.2.2数据采集与处理..................................................................................................223.2.3所用器件..............................................................................................................234设计小结....................................................................................................................................24参考文献.......................................................................................................................................25本实验所用设备汇总表...............................................................................................................26致谢...............................................................................................................................................282011电气工程及自动化专业综合课程设计31概述同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速机时得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。设计主要分析同步发电机在电励磁作用下的稳态参数和瞬态参数的测试，简要分析同步电动机和调相机的运行状态。同步电机在现代工业系统中的应用范围越来越广，其主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。电机测试是随着电机的诞生而诞生的。伴随着电机容量的扩大和类型的增加，电机测试的内容也变得复杂和多样化。而对同步电机参数测试主要是稳态参数和瞬态参数的测试，是研究分析电力系统运行和控制系统设计的前提，同时反映同步电机暂态过程的瞬变参数与电力系统的稳定性有着密切的关系，电网的故障计算，同步电机电压波动，冲击电压计算和励磁系统设计等，都需要准确的瞬变参数。因此对同步电机的稳态参数和瞬态参数的测量有着非常重要的意义。2011电气工程及自动化专业综合课程设计42同步电机的工作原理2.1同步电机的结构模型同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。图2-1常用的转场式同步发电机的结构模型图2—1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。2.2同步电机的工作原理2.2.1基本原理主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E=4.44fW1Φm2011电气工程及自动化专业综合课程设计5感应电势频率：感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p，即f=np/60交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。2.2.2同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz，故有：n=60f/