实验报告
实验名称：三相同步电动机
小组成员：许世飞 许晨光 杨鹏飞 王凯征
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）？ 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．实验设备及仪器
1．实验台主控制屏； 2．电机导轨及转速测量；
3．功率、功率因数表（NMCL-001）；
4．同步电机励磁电源（含在主控制屏左下方，NMEL-19）； 5．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）； 6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）； 7．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）； 8．旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）；
9．三相同步电机M08； 10．直流并励电动机M03。
五．实验方法
被试电机为凸极式三相同步电动机M08。 1．三相同步电动机的异步起动 实验线路图如图3-1。
实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。
R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90Ω电阻。 开关S选用NMEL-05。
图4-5 三相同步电动机接线图（MCL-II、MEL-IIB）图3-1 三相同步电动机接线图（MCL-11、MEL-11B）
同步电机励磁电源（NMEL-19）固定在控制屏的右下部。
a．把功率表电流线圈短接，把交流电流表短接，先将开关S闭合于励磁电流源端，启动励磁电流源，调节励磁电流源输出大约0.7A左右，然后将开关S闭合于可变电阻器R（图示左端）。
b．把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器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。 c．当转速接近同步转速时，把开关S迅速从左端切换闭合到右端，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整个起动过程
完毕，接通功率表、功率因数表、交流电流表。 2．测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线
a．按1方法异步起动同步电动机。使同步电动机输出功率P2≈0。
b．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亦随之增加，直至电流达同步电动机的额定值，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。
c．调节同步电动机的励磁电流If使If使逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小，直至电流过最小值，记录这时的相应数据，
d．继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在这过励和欠励范围内读取9～11组数据。数据记录于表3-1。
表3-1 n=1500r／min； U=220V；P2≈0
表中 I = (IA + IB + IC)／3
P = PⅠ+ PⅡ
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。 a．按1方法异步起动同步电动机，调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算：
P2 = 0.105nT2
式中 n——电机转速，r／min； T2——由转矩表读出，N·m。 b．使同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变，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亦随之增加直到电流达同步电动机的额定电流，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。 c．调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小直至电流达最小值，记录这时的相应数据，继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在过励和欠励范围内读取9～11组数据并记录于表3-2中。
表3-2 n=1500r／min； U=220V；P2≈0.5PN
表中 I = (IA + IB + IC)／3 P = PⅠ+ PⅡ
4．测取三相同步电动机的工作特性
a．按1方法异步起动同步电动机，按3方法改变负载电阻，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算：
P2 = 0.105nT2
式中 n——电机转速，r／min；
T2——由直流发电机的电枢电流．转矩表读出，N·m
b．同时调节同步电动机的励磁电流使同步电动机输出功率达额定值时，且功率因数为1。
c．保持此时同步电动机的励磁电流恒定不变，逐渐减小负载, 使同步电动机输出功率逐渐减小直至为零，读取定子电流、输入功率、功率因数、输出转矩、转速，共取6～7组数据并记录于表3-3中。
表3-3 U=UN=220V； If= A； n=1500r／min
表中 I = (IA + IB + IC)／3
P = PⅠ+ PⅡ P2=0.105nT2
η=
P2
⨯100% P1
六．实验报告分析
1．作P2≈0时同步电动机的V形曲线I =f(If)，并说明定子电流的性质。
定子电流的性质：在输出功率为0的状态下，电动机从电源吸收的功率用于定子铜损耗和机械损耗。当励磁电流很小时，定子电流I相对于U的相位处于滞后状态，此时同步电动机相当于电阻电感负载，从电源吸收滞后的无功功率；当励磁电流逐渐增大时，定子电流逐渐减小，直至与电压同相位，此时处于正常励磁状态；当励磁电流继续增大时，定子电流随之增大，电动机处于过励磁状态。
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。
定子电流：当励磁电流很小时，定子电流是相位滞后于电压的正弦交流电，同步电动机从电源吸收的功率除了用于定子铜损耗和机械损耗之外，其余转化为机械功率；当励磁电流增大时，定子电流随之减小，定子电流与电压的相位差逐渐减小直至为0，此时同步电动机处于正常励磁状态；当励磁电流继续增大时，定子电流随之增大，电动机处于过励磁状态，此时电动机从电网中吸收超前的无功功率，对于改善电网的功率因数有很大好处。
3．作同步电动机的工作特性曲线：I、P、cosφ、T2、η=f(P2)
分析：由图中可以看出，当定子电流增大时，输出功率随之增大，且系统效率逐渐提高。
当定子电流逐渐增大时，功率因数基本保持1不变，这是由于调节了励磁电流，使得电动机的定子电流和电压处于同相位；定子电流很小、输出功率很小的时候，
功率因数略小于1，这是由于当输出功率增大时，各条V型曲线逐渐向右上方移动，使得功率因数为1的点连成一条向右上方倾斜的曲线，在这种情况下，由于我们保持励磁电流不变，当输出功率很小时，功率因数会略小于1。
由于输出转矩正比与输出功率，故图中没有画出输出转矩与定子电流的关系曲线。
七．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组成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕值的10倍约90欧姆，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？
这是由于在启动时，励磁绕组不能开路。所以用一个较大的电阻组成一个回路。若励磁绕组开路，在大转差时，气隙旋转磁场在励磁绕组里感应出较高的电动势，有可能损坏他的绝缘。若没有该电阻，励磁绕组中感应出的电流产生的转矩，有可能使电动机启动不到接近同步速的转速。
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？ 在V型曲线中，定子电流随着励磁电流的增大而先减小后增大。由于输入功率与输入电流成正比关系，则输入功率将先减小后增大。从原理上讲，当定子电流减小时，电动机从电源中吸收滞后的无功功率逐渐减小；当定子电流增大时，电动机从电源中吸收的超前无功功率逐渐增多。因此，输入功率先减小后增大。 3．对这台同步电动机的工作特性作分析。
同步电动机在启动的时候，采用异步启动的方式。给定子绕组通入220V交流电，使得转子达到95%的转速。随后将励磁绕组与直流电源接通，使得转子产生恒定磁场。在磁场吸引力的作用下将电机拖入同步转速。励磁电流的变化会影响定子电流的相位，呈现一条V型曲线。当定子电流与电压同相位时，功率因数为1，此时电流越大，输入功率、输出功率、输出转矩就越大。当定子电流超前于电压相位时，电动机从电网中吸收超前的无功功率，对于改善电网的功率因数有很大作用。
实验报告
实验名称：三相同步电动机
小组成员：许世飞 许晨光 杨鹏飞 王凯征
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）？ 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．实验设备及仪器
1．实验台主控制屏； 2．电机导轨及转速测量；
3．功率、功率因数表（NMCL-001）；
4．同步电机励磁电源（含在主控制屏左下方，NMEL-19）； 5．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18）； 6．三相可调电阻器900Ω（NMEL-03）； 7．三相可调电阻器90Ω（NMEL-04）； 8．旋转指示灯及开关板（NMEL-05A）；
9．三相同步电机M08； 10．直流并励电动机M03。
五．实验方法
被试电机为凸极式三相同步电动机M08。 1．三相同步电动机的异步起动 实验线路图如图3-1。
实验开始前，MEL-13中的“转速控制”和“转矩控制”选择开关扳向“转矩控制”，“转矩设定”旋钮逆时针到底。
R的阻值选择为同步发电机励磁绕组电阻的10倍（约90欧姆），选用NMEL-04中的90Ω电阻。 开关S选用NMEL-05。
图4-5 三相同步电动机接线图（MCL-II、MEL-IIB）图3-1 三相同步电动机接线图（MCL-11、MEL-11B）
同步电机励磁电源（NMEL-19）固定在控制屏的右下部。
a．把功率表电流线圈短接，把交流电流表短接，先将开关S闭合于励磁电流源端，启动励磁电流源，调节励磁电流源输出大约0.7A左右，然后将开关S闭合于可变电阻器R（图示左端）。
b．把调压器退到零位，合上电源开关，调节调压器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。 c．当转速接近同步转速时，把开关S迅速从左端切换闭合到右端，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整个起动过程
完毕，接通功率表、功率因数表、交流电流表。 2．测取三相同步电动机输出功率P2≈0时的V形曲线
a．按1方法异步起动同步电动机。使同步电动机输出功率P2≈0。
b．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亦随之增加，直至电流达同步电动机的额定值，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。
c．调节同步电动机的励磁电流If使If使逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小，直至电流过最小值，记录这时的相应数据，
d．继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在这过励和欠励范围内读取9～11组数据。数据记录于表3-1。
表3-1 n=1500r／min； U=220V；P2≈0
表中 I = (IA + IB + IC)／3
P = PⅠ+ PⅡ
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。 a．按1方法异步起动同步电动机，调节测功机“转矩设定”旋钮使之加载，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算：
P2 = 0.105nT2
式中 n——电机转速，r／min； T2——由转矩表读出，N·m。 b．使同步电动机输出功率接近于0.5倍额定功率且保持不变，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亦随之增加直到电流达同步电动机的额定电流，记录定子三相电流和相应的励磁电流、输入功率。 c．调节同步电动机的励磁电流If，使If逐渐减小，这时定子三相电流亦随之减小直至电流达最小值，记录这时的相应数据，继续调小同步电动机的励磁电流，这时同步电动机的定子三相电流反而增大直到电流达额定值，在过励和欠励范围内读取9～11组数据并记录于表3-2中。
表3-2 n=1500r／min； U=220V；P2≈0.5PN
表中 I = (IA + IB + IC)／3 P = PⅠ+ PⅡ
4．测取三相同步电动机的工作特性
a．按1方法异步起动同步电动机，按3方法改变负载电阻，使同步电动机输出功率改变，输出功率按下式计算：
P2 = 0.105nT2
式中 n——电机转速，r／min；
T2——由直流发电机的电枢电流．转矩表读出，N·m
b．同时调节同步电动机的励磁电流使同步电动机输出功率达额定值时，且功率因数为1。
c．保持此时同步电动机的励磁电流恒定不变，逐渐减小负载, 使同步电动机输出功率逐渐减小直至为零，读取定子电流、输入功率、功率因数、输出转矩、转速，共取6～7组数据并记录于表3-3中。
表3-3 U=UN=220V； If= A； n=1500r／min
表中 I = (IA + IB + IC)／3
P = PⅠ+ PⅡ P2=0.105nT2
η=
P2
⨯100% P1
六．实验报告分析
1．作P2≈0时同步电动机的V形曲线I =f(If)，并说明定子电流的性质。
定子电流的性质：在输出功率为0的状态下，电动机从电源吸收的功率用于定子铜损耗和机械损耗。当励磁电流很小时，定子电流I相对于U的相位处于滞后状态，此时同步电动机相当于电阻电感负载，从电源吸收滞后的无功功率；当励磁电流逐渐增大时，定子电流逐渐减小，直至与电压同相位，此时处于正常励磁状态；当励磁电流继续增大时，定子电流随之增大，电动机处于过励磁状态。
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。
定子电流：当励磁电流很小时，定子电流是相位滞后于电压的正弦交流电，同步电动机从电源吸收的功率除了用于定子铜损耗和机械损耗之外，其余转化为机械功率；当励磁电流增大时，定子电流随之减小，定子电流与电压的相位差逐渐减小直至为0，此时同步电动机处于正常励磁状态；当励磁电流继续增大时，定子电流随之增大，电动机处于过励磁状态，此时电动机从电网中吸收超前的无功功率，对于改善电网的功率因数有很大好处。
3．作同步电动机的工作特性曲线：I、P、cosφ、T2、η=f(P2)
分析：由图中可以看出，当定子电流增大时，输出功率随之增大，且系统效率逐渐提高。
当定子电流逐渐增大时，功率因数基本保持1不变，这是由于调节了励磁电流，使得电动机的定子电流和电压处于同相位；定子电流很小、输出功率很小的时候，
功率因数略小于1，这是由于当输出功率增大时，各条V型曲线逐渐向右上方移动，使得功率因数为1的点连成一条向右上方倾斜的曲线，在这种情况下，由于我们保持励磁电流不变，当输出功率很小时，功率因数会略小于1。
由于输出转矩正比与输出功率，故图中没有画出输出转矩与定子电流的关系曲线。
七．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组成回路，这可调电阻的阻值调节在同步电动机的励磁绕值的10倍约90欧姆，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？
这是由于在启动时，励磁绕组不能开路。所以用一个较大的电阻组成一个回路。若励磁绕组开路，在大转差时，气隙旋转磁场在励磁绕组里感应出较高的电动势，有可能损坏他的绝缘。若没有该电阻，励磁绕组中感应出的电流产生的转矩，有可能使电动机启动不到接近同步速的转速。
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？ 在V型曲线中，定子电流随着励磁电流的增大而先减小后增大。由于输入功率与输入电流成正比关系，则输入功率将先减小后增大。从原理上讲，当定子电流减小时，电动机从电源中吸收滞后的无功功率逐渐减小；当定子电流增大时，电动机从电源中吸收的超前无功功率逐渐增多。因此，输入功率先减小后增大。 3．对这台同步电动机的工作特性作分析。
同步电动机在启动的时候，采用异步启动的方式。给定子绕组通入220V交流电，使得转子达到95%的转速。随后将励磁绕组与直流电源接通，使得转子产生恒定磁场。在磁场吸引力的作用下将电机拖入同步转速。励磁电流的变化会影响定子电流的相位，呈现一条V型曲线。当定子电流与电压同相位时，功率因数为1，此时电流越大，输入功率、输出功率、输出转矩就越大。当定子电流超前于电压相位时，电动机从电网中吸收超前的无功功率，对于改善电网的功率因数有很大作用。