電機及電氣技術實驗裝置三相同步電動機實驗
一、實驗目的
1、掌握三相同步電動機的異步起動方法。
2、測取三相同步電動機的V形曲線。
3、測取三相同步電動機的工作特性。
二、預習要點
1、三相同步電動機異步起動的原理及操作步驟。
2、三相同步電動機的V形曲線是怎樣的？怎樣作為無功發電機(調相機)使用？
3、三相同步電動機的工作特性怎樣？怎樣測取？
三、實驗項目
1、三相同步電動機的異步起動。
2、測取三相同步電動機輸出功率P2≈0時的V形曲線。
3、測取三相同步電動機輸出功率P2=0.5倍額定功率時的V形曲線。
4、測取三相同步電動機的工作特性。
四、實驗方法
1、實驗設備
| 序 號 | 型 號 | 名 稱 | 數 量 |
| 1 | DQ03-1 | 電機導軌、旋轉編碼器及數顯轉速表 | 1件 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機 | 1件 |
| 3 | DQ14 | 三相同步電機 | 1件 |
| 4 | DQ44 | 數/模交流電流表 | 1件 |
| 5 | DQ45 | 數/模交流電壓表 | 1件 |
| 6 | DQ25 | 智能型功率、功率因數表 | 1件 |
| 7 | DQ22 | 直流數字電壓、毫安、安培表 | 2件 |
| 8 | DQ26 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 9 | DQ27 | 三相可調電阻器 | 1件 |
| 10 | DQ32 | 旋轉燈、并網開關、同步機勵磁電源 | 1件 |
| 11 | DQ31 | 波形測試及開關板 | 1件 |
DQ22、DQ27、DQ45、DQ44、DQ25、DQ26、DQ32、DQ31、DQ22
DQ14同步電機作為電動機使用時，PN（W）=90W，UN(V)=220（Y），IN(A)= 0.35A， nN(r/min)= 1500，UfN(V）=10V，IfN(A)=0.8A，絕緣等級E級。
3、三相同步電動機的異步起動
圖5-5 三相同步電動機實驗接線圖
(1) 按圖5-5接線。其中R的阻值為同步電動機ＭＳ勵磁繞組電阻的10倍(約90Ω)，選用DQ26上90Ω固定電阻。Rf選用DQ26上90Ω串聯90Ω加上90Ω并聯90Ω共225Ω阻值。Rf1選用DQ27上900Ω串聯900Ω共1800Ω阻值并調至最小。R2選用DQ27上900Ω串聯900Ω加上900Ω并聯900Ω共2250Ω阻值并調至最大。MS為DQ14(Y接法，額定電壓UN=220V)。
(2) 開關S閉合于勵磁電源一側(圖5-5中為上端)。
(3) 將控制屏左側調壓器旋鈕向逆時針方向旋轉至零位。接通電源總開關，并按下“啟動”按鈕。調節DQ32同步電機勵磁電源調壓旋鈕及Rf阻值，使同步電機勵磁電流If約0.8A左右。
(4) 把開關S閉合于R電阻一側(圖5-5中為下端)，向順時針方向調節調壓器旋鈕，使升壓至同步電動機額定電壓220伏，觀察電機旋轉方向，若不符合則應調整相序使電機旋轉方向符合要求。
(5) 當轉速接近同步轉速1500r/min時，把開關S迅速從下端切換到上端讓同步電動機勵磁繞組加直流勵磁而強制拉入同步運行，異步起動同步電動機的整個起動過程完畢。
4、測取三相同步電動機輸出功率P2≈0時的V形曲線
(1) 同步電動機空載(軸端不聯接校正直流電機DQ19，直接與導軌相連)按上述方法起動同步電動機。
(2) 調節同步電動機的勵磁電流If并使If增加，這時同步電動機的定子三相電流I亦隨之增加直至達額定值，記錄定子三相電流I和相應的勵磁電流If、輸入功率P1。
(3) 調節If使If逐漸減小，這時I亦隨之減小直至最小值，記錄這時MS的定子三相電流I、勵磁電流If及輸入功率P1。
(4) 繼續減小同步電動機的磁勵電流If，直到同步電動機的定子三相電流反而增大達到額定值。
(5) 在這過勵和欠勵范圍內讀取數據9～11組，并記錄于表5-10中。
表5-10 n= r/min； U= V； P2≈0
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序 號 |
定 子 三 相 電 流 I（A） |
勵 磁 電 流 If（A） |
輸 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 | ||||||||
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| 10 | ||||||||
5、測取三相同步電動機輸出功率P2≈0.5倍額定功率時的V形曲線。
(1) 同軸聯接校正直流電機MG（按他勵發電機接線）作MS的負載。
(2) 按1方法起動同步電動機，保持直流電機的勵磁電流為規定值( 50mA或100mA)，改變直流電機負載電阻R2的大小,使同步電動機輸出功率P2改變。直至同步電動機輸出功率接近于0.5倍額定功率且保持不變。
輸出功率按下式計算：
式中 P2=0.105nT2
n——電機轉速，r/min；
T2——由直流電機負載電流IF查對應轉矩，N·m
(3) 調節同步電動機的勵磁電流If使If增加，這時同步電動機的定子三相電流I亦隨之增加，直到同步電動機達額定電流，記錄定子三相電流I和相應的勵磁電流If、輸入功率P1。
(4) 調節If使If逐漸減小，這時I亦隨之減小直至最小值，記錄這時的定子三相電流I、勵磁電流If、輸入功率P1。
(5) 繼續調小If，這時同步電動機的定子電流I反而增大直到額定值 。
(6) 在過勵和欠勵范圍內讀取數據9～11組并記錄于表5-11中。
表5-11 n= r/min； U= V； P2≈0.5PN
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序 號 |
定 子 三 相 電 流 I（A） |
勵 磁 電 流 If（A） |
輸 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、測取三相同步電動機的工作特性
(1) 按1方法起動同步電動機。
(2) 調節直流發電機的勵磁電流為規定值并保持不變。
(3) 調節直流發電機的負載電流IF，同時調節同步電動機的勵磁電流If使同步電動機輸出功率P2達額定值及功率因數為1。
(4) 保持此時同步電動機的勵磁電流If及校正直流測功機的勵磁電流恒定不變，逐漸減小直流電機的負載電流，使同步電動機輸出功率逐漸減小直至為零，讀取定子電流I、輸入功率P1、輸出轉矩T2、轉速n。共取數據6～7組并記錄于表5-12中。
表5-12 U=UN= V； If= A； n= r/min
| 同 步 電 動 機 輸 入 | 同 步 電 動 機 輸 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、實驗報告
1、作P2≈0時同步電動機V形曲線I=f(If)，并說明定子電流的性質。
2、作P2≈0.5倍額定功率時同步電動機的V形曲線I=f(If)，并說明定子電流的性質。
3、作同步電動機的工作特性曲線：I、P、cosφ、T2、η=f(P2)
六、思考題
1、同步電動機異步起動時先把同步電動機的勵磁繞組經一可調電阻R 構成回路，這可調電阻的阻值調節在同步電動機的勵磁繞組電阻值的10倍，這電阻在起動過程中的作用是什么？若這電阻為零時又將怎樣？
2、在保持恒功率輸出測取V形曲線時輸入功率將有什么變化？為什么？
3、對這臺同步電動機的工作特性作一評價。