电机及电气技术实验装置三相同步电动机实验
一、实验目的
1、掌握三相同步电动机的异步起动方法。
2、测取三相同步电动机的V形曲线。
3、测取三相同步电动机的工作特性。
二、预习要点
1、三相同步电动机异步起动的原理及操作步骤。
2、三相同步电动机的V形曲线是怎样的？怎样作为无功发电机(调相机)使用？
3、三相同步电动机的工作特性怎样？怎样测取？
三、实验项目
1、三相同步电动机的异步起动。
2、测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线。
3、测取三相同步电动机输出功率P2=0.5倍额定功率时的V形曲线。
4、测取三相同步电动机的工作特性。
四、实验方法
1、实验设备
| 序 号 | 型 号 | 名 称 | 数 量 |
| 1 | DQ03-1 | 电机导轨、旋转编码器及数显转速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流测功机 | 1件 |
| 3 | DQ14 | 三相同步电机 | 1件 |
| 4 | DQ44 | 数/模交流电流表 | 1件 |
| 5 | DQ45 | 数/模交流电压表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 智能型功率、功率因数表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流数字电压、毫安、安培表 | 2件 |
| 8 | DQ26 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 9 | DQ27 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 10 | DQ32 | 旋转灯、并网开关、同步机励磁电源 | 1件 |
| 11 | DQ31 | 波形测试及开关板 | 1件 |
DQ22、DQ27、DQ45、DQ44、DQ25、DQ26、DQ32、DQ31、DQ22
DQ14同步电机作为电动机使用时，PN（W）=90W，UN(V)=220（Y），IN(A)= 0.35A， nN(r/min)= 1500，UfN(V）=10V，IfN(A)=0.8A，绝缘等级E级。
3、三相同步电动机的异步起动
图5-5 三相同步电动机实验接线图
(1) 按图5-5接线。其中R的阻值为同步电动机ＭＳ励磁绕组电阻的10倍(约90Ω)，选用DQ26上90Ω固定电阻。Rf选用DQ26上90Ω串联90Ω加上90Ω并联90Ω共225Ω阻值。Rf1选用DQ27上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值并调至最小。R2选用DQ27上900Ω串联900Ω加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值并调至最大。MS为DQ14(Y接法，额定电压UN=220V)。
(2) 开关S闭合于励磁电源一侧(图5-5中为上端)。
(3) 将控制屏左侧调压器旋钮向逆时针方向旋转至零位。接通电源总开关，并按下“启动”按钮。调节DQ32同步电机励磁电源调压旋钮及Rf阻值，使同步电机励磁电流If约0.8A左右。
(4) 把开关S闭合于R电阻一侧(图5-5中为下端)，向顺时针方向调节调压器旋钮，使升压至同步电动机额定电压220伏，观察电机旋转方向，若不符合则应调整相序使电机旋转方向符合要求。
(5) 当转速接近同步转速1500r/min时，把开关S迅速从下端切换到上端让同步电动机励磁绕组加直流励磁而强制拉入同步运行，异步起动同步电动机的整个起动过程完毕。
4、测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线
(1) 同步电动机空载(轴端不联接校正直流电机DQ19，直接与导轨相连)按上述方法起动同步电动机。
(2) 调节同步电动机的励磁电流If并使If增加，这时同步电动机的定子三相电流I亦随之增加直至达额定值，记录定子三相电流I和相应的励磁电流If、输入功率P1。
(3) 调节If使If逐渐减小，这时I亦随之减小直至最小值，记录这时MS的定子三相电流I、励磁电流If及输入功率P1。
(4) 继续减小同步电动机的磁励电流If，直到同步电动机的定子三相电流反而增大达到额定值。
(5) 在这过励和欠励范围内读取数据9～11组，并记录于表5-10中。
表5-10 n= r/min； U= V； P2≈0
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序 号 |
定 子 三 相 电 流 I（A） |
励 磁 电 流 If（A） |
输 入 功 率 P1（W） |
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| IA | IB | IC | I | If | PⅠ | PⅡ | P1 | |
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | ||||||||
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| 10 | ||||||||
5、测取三相同步电动机输出功率P2≈0.5倍额定功率时的V形曲线。
(1) 同轴联接校正直流电机MG（按他励发电机接线）作MS的负载。
(2) 按1方法起动同步电动机，保持直流电机的励磁电流为规定值( 50mA或100mA)，改变直流电机负载电阻R2的大小,使同步电动机输出功率P2改变。直至同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变。
输出功率按下式计算：
式中 P2=0.105nT2
n——电机转速，r/min；
T2——由直流电机负载电流IF查对应转矩，N·m
(3) 调节同步电动机的励磁电流If使If增加，这时同步电动机的定子三相电流I亦随之增加，直到同步电动机达额定电流，记录定子三相电流I和相应的励磁电流If、输入功率P1。
(4) 调节If使If逐渐减小，这时I亦随之减小直至最小值，记录这时的定子三相电流I、励磁电流If、输入功率P1。
(5) 继续调小If，这时同步电动机的定子电流I反而增大直到额定值 。
(6) 在过励和欠励范围内读取数据9～11组并记录于表5-11中。
表5-11 n= r/min； U= V； P2≈0.5PN
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序 号 |
定 子 三 相 电 流 I（A） |
励 磁 电 流 If（A） |
输 入 功 率 P1（W） |
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| IA | IB | IC | I | If | PⅠ | PⅡ | P1 | |
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | ||||||||
| 8 | ||||||||
| 9 | ||||||||
| 10 | ||||||||
4、测取三相同步电动机的工作特性
(1) 按1方法起动同步电动机。
(2) 调节直流发电机的励磁电流为规定值并保持不变。
(3) 调节直流发电机的负载电流IF，同时调节同步电动机的励磁电流If使同步电动机输出功率P2达额定值及功率因数为1。
(4) 保持此时同步电动机的励磁电流If及校正直流测功机的励磁电流恒定不变，逐渐减小直流电机的负载电流，使同步电动机输出功率逐渐减小直至为零，读取定子电流I、输入功率P1、输出转矩T2、转速n。共取数据6～7组并记录于表5-12中。
表5-12 U=UN= V； If= A； n= r/min
| 同 步 电 动 机 输 入 | 同 步 电 动 机 输 出 | ||||||||||
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IA (A) |
IB (A) |
IC (A) |
I (A) |
PⅠ (W) |
PⅡ (W) |
P1 (W) |
cosφ |
IF (A) |
T2 (N·m) |
P2 (W) |
η (%) |
五、实验报告
1、作P2≈0时同步电动机V形曲线I=f(If)，并说明定子电流的性质。
2、作P2≈0.5倍额定功率时同步电动机的V形曲线I=f(If)，并说明定子电流的性质。
3、作同步电动机的工作特性曲线：I、P、cosφ、T2、η=f(P2)
六、思考题
1、同步电动机异步起动时先把同步电动机的励磁绕组经一可调电阻R 构成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕组电阻值的10倍，这电阻在起动过程中的作用是什么？若这电阻为零时又将怎样？
2、在保持恒功率输出测取V形曲线时输入功率将有什么变化？为什么？
3、对这台同步电动机的工作特性作一评价。