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交流同步电机特性

Overview

资料来源: Bazzi, 康涅狄格州大学电气工程系, 斯托斯, CT。

三相绕线转子同步电动机是不受欢迎的永磁转子同步电动机由于转子领域所需的刷子。在现有的发电厂中, 同步发电机的频率和电压调节都很好, 因此它们更加普遍和有效。由于转子转速与定子的磁场速度完全相同, 同步电机具有近0% 速度调节的优点, 使转子转速恒定, 无论电机轴的载荷有多大。因此, 它们非常适合于固定速度的应用。

本实验的目的是了解启动三相同步电动机的概念, 对负载影响电机功率因数的各种载荷的 V 曲线, 以及负载对端电压与后势夹角的影响

Principles

同步电机依靠旋转磁场概念引入感应电机。三相电流, 流动在机器的定子, 产生一个旋转磁场的恒定大小在一个理想的频率。同步和异步机之间的区别在于后者在转子一侧短路了绕组或 "松鼠笼", 而同步电机则在转子一侧有固定的磁场。这个磁场由励磁器或永久磁铁提供。永磁同步电机由于其高效率和紧凑的尺寸而变得越来越普遍, 但它们通常使用稀土材料。因为转子磁场是独立于定子的, 所以使用这个术语, 它锁定旋转磁场, 使转子以相同的转速 (或同步速度) 旋转, 作为定子的旋转磁场。

启动一个三相绕线转子同步电机, 现场绕组短路的地方, 该机器作为一个感应电机。一旦机器速度接近同步速度, 短路就会被移除, 直流电压就会在整个场绕组中应用。这就锁定了转子和定子磁场, 从而实现了转子和定子的同步。在这个实验室中, 同步电动机是由在 "感应启动" 位置上的接口板上的顶部开关启动的, 一旦速度达到稳定状态, 开关就会翻转到 "同步运行" 位置。

Procedure

1. 直流测试

  1. 打开低功耗直流电源, 在其终端上短路。
    1. 将低功耗直流电源的电流限制为 1.8 A。
    2. 关闭电源并断开短路。
  2. 在同步电动机的端口1和4之间连接电源端子。
    1. 打开电源, 测量直流电压和电流。根据需要更改电压以达到 1.8 a 的电流。
    2. 关闭电源, 然后对端口2和5以及端口3和6重复前面的两个步骤。
  3. 断开低功耗直流电源。

2. 同步机启动

  1. 确保三相断开开关、同步电机开关和直流电机开关全部关闭。
    1. 检查调压器是否在0%。
    2. 将调压器线连接至三相插座, 并将安装在图1中的设置接通。
    3. 请记住设置1到1000的数字功率计电流探头的比例。
  2. 检查 "启动/运行" 开关是否处于 "开始" 位置。
  3. 打开三相断开开关。
  4. 快速增加调压器输出直到数字功率计读数约 115 v
  5. 测量电枢电流IAC1, 电枢电压VAC1, 真正的电源和功率因数。
  6. 请记住, 相位 "a" 上的相位 (中性点) 电压和相位电流是被测量的, 因此电能表上的功率因数测量正确地反映了每相功率因数。
  7. 测量机器的扭矩和转速。
  8. 打开 125 V 直流电源。确保从供应终端的所有连接都是明确的。
    1. 按下电源 "启动" 按钮, 并将电源输出设置为 125 v。
  9. 翻转 "开始/运行" 切换到 "运行" 位置。注意机器声音的变化。随着转子磁场对定子旋转磁场的锁定, 机器的声音变得更加平滑。
    1. 记录电枢电流IAC1、电枢电压VAC1、真实电源、功率因数、以及来自直流电源显示的现场电压和电流。
    2. 测量并记录机器的扭矩和转速。
  10. 关闭直流电源, 将 "启动/运行" 切换到 "开始" 位置, 并将调压器设置回0%。
  11. 关闭三相断开开关。剩下的电路保持完好

Figure 1
图 1: 启动同步电动机的安装示意图.请单击此处查看此图的较大版本.

3. 负载对扭矩角的影响

  1. 确保三相断开开关、同步电机开关 "s1" 和直流电机开关 "s2" 全部关闭。
    1. 请注意, 虽然 "S1" 位于同步电机一侧, 但它用于连接/断开 "RL" 负载, 使其跨越直流机终端。
    2. 检查调压器是否在0%。
  2. 连接图2所示的设置, 并将 "RL" 设置为200Ω。
  3. 检查 "启动/运行" 开关是否处于 "开始" 位置。
  4. 打开三相断开开关。
  5. 快速增加调压器输出直到数字功率计读数约 115 v
  6. 打开 125 V 直流电源。确保从供应终端的所有连接都是明确的。
  7. 按电源启动按钮并将电源输出设置为 125 v。
  8. 翻转 "开始/运行" 切换到 "运行" 位置。
  9. 记录电枢电流IAC1、电枢电压VAC1、真实电源、功率因数、以及来自直流电源显示的现场电压和电流。
  10. 测量并记录机器的扭矩和转速。
  11. 使闪光灯靠近轴, 并测量初始角度δo。
    1. 要设置闪光灯, 请将其插入常规电源插座并将其打开。
    2. 用粗旋钮, 调整闪光灯上的速度读数, 以接近 1800 RPM, 这是1四极60赫兹机的同步速度。同步速度以每分钟 (RPM) 的圆为单位计算, 为n= 120 xf/p , 其中f是频率, p是极点的数目。
    3. 将闪光灯置于马达轴的边缘, 调整微调旋钮直至轴出现静止。人的眼睛被欺骗看见轴作为静止的由有频闪光频率 (或速度读) 匹配轴速度。
  12. 打开 "S1", 并重复步骤3.9 到 3.11, 但测量新角度为δ1。
  13. 打开 "S2", 并重复步骤3.9 到 3.11, 但测量新角度为δ2。
  14. 关闭 "S2", 并将 "RL" 更改为100Ω。
  15. 打开 "S2", 并重复步骤3.9 到 3.11, 但测量新角度为δ3。
  16. 关闭直流电源, 将 "启动/运行" 开关翻转到 "开始" 位置, 关闭 "S1" 和 "S2", 然后将调压器设置回0%。
  17. 关闭三相断开开关。剩下的电路保持完好

Figure 2
图 2: 设置的示意图, 用于研究负载对扭矩角的影响.请单击此处查看此图的较大版本.

4. 电场电流对功率因数的影响

本节研究 V 型曲线的一侧。

  1. 确保三相断开开关、同步电机开关 s1和直流电机开关的2全部关闭。
  2. 检查调压器是否在0%。
  3. 连接图3所示的设置, 它仅与图2不同, 它通过添加系列场电阻 "rF, 并将" rL"设置为200Ω。
  4. 将 "RF" 设置为10Ω位置。"RF" 不需要对此实验进行测量, 因为目标是仅更改字段电流。
  5. 检查 "启动/运行" 开关是否处于 "开始" 位置。
  6. 打开三相断开开关。
  7. 快速增加调压器输出直到数字功率计读数为 115 v
  8. 打开 125 V 直流电源。确保从供应终端的所有连接都是明确的。
  9. 按电源启动按钮并将电源输出设置为 125 v。
  10. 翻转 "开始/运行" 切换到 "运行" 位置。
  11. 对于 "RF" = 10、6、3和 1, 记录电枢电流IAC1、电枢电压VAC1 、实际电源、功率因数、场电压和电流从直流电源显示。
  12. 测量并记录机器的扭矩和转速。
  13. 将 "RF" 重置为10Ω。
  14. 打开 "S1, 然后重复步骤4.11 到4.13。
  15. 打开 "S2, 然后重复步骤4.11 到4.13。
  16. 关闭 "S2", 并将 "RL" 更改为100Ω。
  17. 打开 "S2, 然后重复步骤4.11 到4.13。
  18. 关闭直流电源, 将 "启动/运行" 切换到 "开始" 位置, 并将调压器设置回0%。
  19. 关闭三相断开开关并断开安装。

Figure 3
图 3: 设置的示意图, 用于研究更改字段电流的效果.请单击此处查看此图的较大版本.

Results

直流相位电阻可由直流试验估计为直流电压与直流电流的比值, 当应用在相位端子和中性点之间时。通过将直流电压施加到现场绕组和测量场电流, 可以以类似的方式测量电场电阻。同步电抗 (Xs), 回势的机器 (e一个), 及其相关的常数kφ 可以从真正的电源 (p3φ) 中找到机器的测量: p3φ = 3VφEAcos (δ)/Xs (忽略定子电阻Rs) 和每相等效电路的基本功率流方程 (图 4)。

V-曲线决定了机器的功率因数, 由源 (网格) 看到。V 曲线表明, 该机器可以在一定条件下提供无功功率 (主导功率因数), 因此, 像一个电容器, 可以提高电网电压稳定。在这种情况下操作时, 机器被称为 "同步冷凝器"。

Figure 4
图 4: 用于代表结果的每相等效电路的示意图.

Application and Summary

同步机是常见的应用需要恒定的速度在电机的轴与非常严格的速度条例。这种应用包括电时钟和硬盘驱动器, 但扩展到同步冷凝器, 这是在主导功率因数区运行的同步电动机, 为负载提供无功功率。功率因数校正是用于同步冷凝器应用的另一个术语。请注意, 最常见的同步电动机是永磁电机, 而最常见的同步发电机则是绕线式转子同步发电机。

Tags

AC Synchronous MachineSynchronous MotorRotor SpeedShaft LoadPower PlantsFrequency RegulationVoltage RegulationRotating CoreStationary RingRotor Magnetic FieldPermanent MagnetsDC Power SourceThree Phase Synchronous MotorsStator CoilsRotating Magnetic FieldSupply Line CurrentCoupling Of Magnetic FieldsMotor LoadsTorque AngleInduction Motor

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0:06

Overview

1:22

Principles of AC Synchronous Motors

3:07

DC Test

4:13

Starting the AC Synchronous Machine

6:57

Effect of Load on Torque Angle

8:42

Results

9:42

Applications

10:55

Summary

此集合中的视频:

article

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