交流同步电机特性表征

1. 直流测试

1. 在电源输出端短路的情况下，打开低功率直流电源。
   1. 将低功率直流电源的电流限制为 1.8 A。
   2. 关闭电源，并断开短路连接。
2. 将电源输出端连接至同步电机的 1 和 4 端口。
   1. 打开电源，测量直流电压和电流。根据需要调节电压，使电流达到 1.8 A。
   2. 关闭电源，然后对端口 2 和 5 以及端口 3 和 6 重复上述两个步骤。
3. 断开低功率直流电源的连接。

2. 同步电机启动

1. 确保三相断开开关、同步电机开关和直流电机开关均处于关闭状态。
   1. 检查可变变压器（VARIAC）是否处于0%位置。
   2. 将可变变压器（VARIAC）连接至三相插座，并连接图1所示的装置。
   3. 请记住设置数字功率计电流探头的1到1000倍率。
2. 检查“启动/运行”开关是否处于“启动”位置。
3. 打开三相断开开关。
4. 迅速增加可变变压器（VARIAC）输出，直到数字功率计读数约为115 V。
5. 测量电枢电流I_AC1、电枢电压V_AC1、有功功率和功率因数。
6. 请注意，测量的是相（相线对中性线）电压和a相的相电流，因此功率计上的功率因数测量值正确反映了每相的功率因数。
7. 测量电机的转矩和转速。
8. 打开125 V直流电源。确保所有连接均已从电源端子处清除。
   1. 按下电源“启动”按钮，并将电源输出设置为125 V。
9. 将“启动/运行”开关拨至“运行”位置。注意电机声音的变化。随着转子磁场与定子旋转磁场锁定，电机声音变得更加平稳。
   1. 记录电枢电流I_AC1、电枢电压V_AC1、有功功率、功率因数，以及直流电源显示屏上的励磁电压和电流。
   2. 测量并记录电机的转矩和转速。
10. 关闭直流电源，将“启动/运行”开关拨回“启动”位置，并将可变变压器（VARIAC）调回0%。
11. 关闭三相断开开关。保持电路其余部分不变。

图1：启动同步电机的实验装置示意图。请点击此处查看此图的放大版本。

3. 负载对转矩角的影响

1. 确保三相断路开关、同步电机开关“S₁，“和直流电机开关“S₂均处于关闭状态。
   1. 请注意，尽管“S”₁位于同步电机侧，用于在直流电机端子间连接/断开“RL”负载。
   2. 检查VARIAC是否处于0%。
2. 连接图2所示的装置，并设置“R”_L至 200 Ω。
3. 检查“启动/运行”开关是否处于“启动”位置。
4. 打开三相断路开关。
5. 迅速调高VARIAC输出，直至数字功率计读数约为115 V。
6. 打开125 V直流电源。确保所有连接均远离电源端子。
7. 按下电源启动按钮，并将电源输出设置为 125 V。
8. 将“启动/运行”开关拨至“运行”位置。
9. 记录电枢电流 我_AC1，电枢电压 V_AC1、有功功率、功率因数以及直流电源显示的励磁电压和电流。
10. 测量并记录该设备的扭矩和转速。
11. 将频闪灯保持在轴附近，并测量初始角度 δ_o.
    1. 设置频闪灯时，将其插入普通电源插座并打开电源。
    2. 使用粗调旋钮，将频闪仪上的转速读数调整至接近 1,800 RPM，此为一台四极 60 Hz 电机的同步转速。同步转速以每分钟转数（RPM）计算，计算公式为 n=120xf/P 其中 f 频率和 P 是极的数量。
    3. 将频闪灯对准电机轴的边缘，调节微调旋钮，直至轴看起来静止不动。当频闪灯的频率（或转速读数）与轴的转速相匹配时，人眼会误以为轴处于静止状态。
12. 打开“S”₁“并重复步骤 3.9 至 3.11，但将新角度测量为 δ”₁.
13. 打开“S”₂，重复步骤 3.9 至 3.11，但将新测得的角度记为 δ₂.
14. 关闭“S”₂”并更改“R_L至 100 Ω。
15. 打开“S”₂“并重复步骤 3.9 至 3.11，但将新角度测量为 δ”₃.
16. 关闭直流电源，将“启动/运行”开关拨至“启动”位置，关闭“S”₁以及“S2”，并将VARIAC调回至0%。
17. 关闭三相断路开关。保持电路其余部分不变。

图 2：研究负载对转矩角影响的实验装置示意图。 请点击此处查看此图的放大版本。

4. 磁场电流对功率因数的影响

本部分研究V型曲线的一侧。

1. 确保三相断开开关、同步电机开关 S₁ 和直流电机开关 S₂ 均处于关闭状态。
2. 检查可变变压器（VARIAC）是否处于 0% 位置。
3. 连接如图 3 所示的电路，该电路与图 2 的唯一区别是增加了串联磁场电阻“R_F”，并将“R_L”设置为 200 Ω。
4. 将“R_F”设置为 10 Ω 位置。本实验中无需测量“R_F”的阻值，因为实验目的仅为调节励磁电流。
5. 检查“启动/运行”开关是否处于“启动”位置。
6. 打开三相断开开关。
7. 迅速增加可变变压器（VARIAC）的输出，直到数字功率计读数为 115 V。
8. 打开 125 V 直流电源。确保所有连接线均已远离电源接线端子。
9. 按下电源启动按钮，并将电源输出设置为 125 V。
10. 将“启动/运行”开关拨至“运行”位置。
11. 对于“R_F” = 10、6、3 和 1 的每种情况，记录电枢电流 I_AC1、电枢电压 V_AC1、有功功率、功率因数，以及直流电源显示屏上的励磁电压和电流。
12. 测量并记录电机的转矩和转速。
13. 将“R_F”重新设置为 10 Ω。
14. 打开“S₁”，然后重复步骤 4.11 至 4.13。
15. 打开“S₂”，然后重复步骤 4.11 至 4.13。
16. 关闭“S₂”，并将“R_L”更改为 100 Ω。
17. 打开“S₂”，然后重复步骤 4.11 至 4.13。
18. 关闭直流电源，将“启动/运行”开关拨回“启动”位置，并将可变变压器（VARIAC）调回 0%。
19. 关闭三相断开开关，并拆除实验装置。

图3：研究改变励磁电流影响的实验装置示意图。 请点击此处查看此图的放大版本。