Charakterisierung von Drehstrom-Synchronmaschinen

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Drehstrom-Schleifringläufer Synchronmotoren sind weniger beliebt als Permanentmagnet Rotor Synchron-Motoren durch die Bürsten für den Rotor-Bereich erforderlich. Synchrone-Generatoren sind viel häufiger und in die meisten bestehenden Kraftwerken zur Verfügung, da sie hervorragende Frequenz- und Spannungsstabilität Verordnung haben. Synchron-Motoren haben den Vorteil von fast 0 % Drehzahlregelung, aufgrund der Tatsache, dass die Rotordrehzahl ist genau dasselbe wie der Stator Magnetfeld Geschwindigkeit, wodurch die Rotordrehzahl, konstant, unabhängig davon, wieviel der Motor Welle geladen wird. Daher sind sie sehr gut geeignet für Anwendungen mit fester Drehzahl.

Die Ziele dieses Experiments sind zu verstehen, die Konzepte des Beginnens eines Drehstrom-Synchronmotors V-Kurven für verschiedene Lasten, wo die Last den Motorleistung Faktor beeinflusst, und die Wirkung von Lasten auf den Winkel zwischen der Klemmenspannung und zurück e.m.f.

Synchronmaschinen verlassen sich auf das rotierende Magnetfeld-Konzept für Induktion Maschinen eingeführt. Drehstrom-Ströme in der Maschine Stator, produzieren ein rotierendes Magnetfeld der konstante Größe bei einer gewünschten Frequenz. Der Unterschied zwischen den synchronen und asynchronen Maschinen ist, dass letztere kurzgeschlossen hat Wicklungen oder ein "Käfigläufer" auf der Rotor-Seite, während Synchronmaschinen ein festes Magnetfeld auf der Rotor-Seite haben. Dieses Magnetfeld wird entweder durch ein Exciter oder Permanentmagnete bereitgestellt. Permanent-Magnet-Synchronmaschinen werden immer häufiger durch ihre hohe Effizienz und kompakte Größe, aber in der Regel nutzen sie seltene-Erden-Materialien. Der Begriff synchrone ist verwendet, da der Rotor Magnetfeld, die unabhängig von den Stator, die rotierenden Magnetfeld sperrt und bewirkt, den Rotor dass zu drehen mit derselben Geschwindigkeit (oder synchrone Drehzahl) als rotierendes Magnetfeld des Stators.

Um einen Drehstrom Schleifringläufer synchron-Motor zu starten, ist der Feldwicklung kurzgeschlossen, wo die Maschine fungiert als Asynchronmotor. Sobald die Geschwindigkeit der Maschine in der Nähe von synchrone Drehzahl ist, der Kurzschluss entfernt und liegt eine DC-Spannung über der Feldwicklung. Dadurch wird der Rotor und Stator Magnetfelder gesperrt, und damit, Rotor und Stator Synchronismus erzielt. In dieser Übungseinheit der Synchronmotor wird gestartet, indem man den oberen Schalter auf seiner Oberfläche-Platte in der Position "Start Induktion", und sobald die Geschwindigkeit Steady-State erreicht, wird der Schalter in die Position "Synchron laufen" gekippt.

1. DC Test

1. Schalten Sie das Niederleistungs-DC Netzteil mit einem Kurzschluss an den Klemmen.
   1. Begrenzen Sie den Strom auf dem Niedrigstrom-DC-Netzteil auf 1,8 A.
   2. Schalten Sie die Versorgung und trennen Sie den Kurzschluss zu.
2. Verbinden Sie die Anschlussklemmen über die Anschlüsse 1 und 4 der Synchronmotor.
   1. Schalten Sie die Stromversorgung und Messen Sie die DC Spannung und Strom zu. Variieren Sie die Spannung, je nach Bedarf, einen Strom von 1,8 A. zu erreichen
   2. Schalten Sie die Stromversorgung, dann wiederholen Sie die beiden vorherigen Schritte für Häfen 2 und 5 und 3 und 6.
3. Trennen Sie das Niederleistungs-DC-Netzteil.

(2) Synchronmaschine Inbetriebnahme

1. Stellen Sie sicher, dass alle die Dreiphasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter ausgeschaltet sind.
   1. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
   2. Verdrahten Sie die VARIAC mit Drehstrom-Steckdose und verbinden Sie das Setup in Abb. 1 dargestellt.
   3. Vergessen Sie nicht, legen die 1 bis 1000 Skalierung der digitale Power Meter aktuelle Sonde.
2. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
3. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
4. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
5. Messen Sie den Anker aktuelle ich_AC1Anker Spannung V_AC1, Wirkleistung und Leistungsfaktor.
6. Denken Sie daran, dass die Phasenspannung (Linie, Neutral) und Phasenströme auf "a" sind phase gemessen wird, so dass Faktor Leistungsmessung auf den Leistungsmesser den Leistungsfaktor pro Phase korrekt reflektiert wird.
7. Das Drehmoment und die Geschwindigkeit der Maschine zu messen.
8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
   1. Drücken Sie die Taste "Start" und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
9. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run". Achten Sie darauf, wie sich die Maschine Klang ändert. Die Maschine Klang wird glatter als die Rotor Magnetfeld sperren den Stator rotierende Magnetfeld.
   1. Datensatz des Ankers aktuelle ich_AC1, Anker Spannung V_AC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, und der Bereich Spannung und Strom von Gleichstrom liefern Display.
   2. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
10. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
11. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Abbildung 1 : Eine schematische Darstellung des das Setup zu starten der Synchronmotor. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

3. Auswirkungen der Belastung auf Drehmoment Winkel

1. Stellen Sie sicher der Drehstrom-Trennschalter, Synchronmotor wechseln "S₁" und DC-Motor-Schalter "S₂" sind alle ab.
   1. Beachten Sie, dass zwar "S₁" ist auf der Seite der Synchronmotor, dient zum verbinden/die "RL" Last über die DC-Maschinen-Terminals trennen.
   2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
2. Schließen Sie das Setup in Abb. 2 dargestellt und "R-_L" auf 200 Ω.
3. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
4. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
5. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
6. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
7. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
8. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
9. Notieren Sie die Anker aktuelle ich_AC1, Anker Spannung V_AC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor und Feld Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
10. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
11. Halten Sie das Blitzlicht auf in Schachtnähe und Messen Sie die anfänglichen Winkel δ_o.
    1. Um das Blitzlicht einzurichten, stecken Sie es in eine normale Steckdose und schalten Sie ihn ein.
    2. Mit dem groben Drehknopf einstellen der Lesegeschwindigkeit auf das Blitzlicht zu nahe genug, um 1.800 u/min, die synchrone Drehzahl 1 vierpolige 60 Hz Maschine. Synchrone Drehzahl errechnet sich in Runden pro Minute (u/min) n= 120 Xf/P wo f die Frequenz ist und P ist die Anzahl der Pole.
    3. Legen Sie das Blitzlicht die Motorwelle Kante stellen und einstellen Sie feine Drehknopf, bis die Welle stationäre erscheint. Das menschliche Auge ist betrogen, um zu sehen, die Welle als stationäre durch das Blitzlicht Frequenz (oder Geschwindigkeit lesen) entsprechen die Wellendrehzahl.
12. Aktivieren Sie "S₁" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ₁.
13. Schalten Sie "S₂" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ₂.
14. Deaktivieren Sie "S₂" und ändern Sie "R_L", 100 Ω zu.
15. Schalten Sie "S₂" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ₃.
16. Schalten Sie die DC-Stromversorgung, Flip "Start/ausführen" wechseln Sie in die "Startposition" ausschalten "S₁"und "S2" und dem VARIAC zurück auf 0 % gesetzt.
17. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Abbildung 2 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkung der Belastung auf Drehmoment Winkel studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. Auswirkungen der Feldstrom auf Power Factor

In diesem Abschnitt untersucht einerseits der V-Kurve.

1. Stellen Sie sicher die drei-Phasen-Trennung, Synchronmotor Schalter S₁, und DC-Motor wechseln S₂ sind alle ab.
2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
3. Schließen Sie das Setup, siehe Abb. 3, die nur unterschiedlich Abb. 2 ist durch das Hinzufügen der Vorwiderstand für den Bereich "R_F", und "R-_L" auf 200 Ω.
4. Stellen Sie "R_F" auf 10 Ω. "R_F" erfordert keine Messung für dieses Experiment, denn Ziel ist es, Feldstrom nur variieren.
5. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
6. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
7. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser 115 V liest schnell zu erhöhen.
8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
9. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
10. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
11. Für "R_F" = 10, 6, 3 und 1, Aufzeichnen der Anker aktuelle ich_AC1, Anker Spannung V_AC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, Bereich Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
12. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
13. "R_F" auf 10 Ω zurückgesetzt.
14. Aktivieren Sie "S₁", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
15. Aktivieren Sie "S₂", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
16. Deaktivieren Sie "S₂" und ändern Sie "R_L", 100 Ω zu.
17. Aktivieren Sie "S₂", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
18. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
19. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter und trennen Sie das Setup.

Abbildung 3 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkungen einer Änderung der Feldstrom studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Testen Sie der DC-Phase, die aus dem DC Widerstand geschätzt werden kann als das Verhältnis von Gleichspannung, Gleichstrom, wenn zwischen einem terminal Phase und Neutral angewendet. Feld-Widerstand kann in ähnlicher Weise durch die Feldwicklung Gleichspannung zuweisen und Messung der Feldstrom gemessen werden. Die synchrone Reaktanz (X_s), wieder e.m.f. der Maschine (E_A), und seine damit verbundene Konstante k_φ finden Sie bei der Messung der Wirkleistung (P_3φ) in die Maschine: P _{3 Φ} = 3V_φE_Acos(δ) /X_s (abgesehen von den Stator Widerstand R_s) und grundlegende macht flow Gleichungen für die pro Phase Ersatzschaltbild (Abb. 4).

V-Kurven bestimmen den Leistungsfaktor der Maschine, wie von der Quelle (Grid) zu sehen. Die V-Kurven zeigen, dass die Maschine zur Verfügung stellen kann Blindleistung (führender Leistungsfaktor) unter bestimmten Bedingungen, und daher, wirkt wie ein Kondensator, die Spannungsstabilität Startplatz verbessern können. Wenn unter solchen Bedingungen in Betrieb, wird die Maschine "synchrone Kondensator." bezeichnet.

Abbildung 4 : Eine schematische Darstellung der pro Phase Ersatzschaltbild verwendet für die repräsentativen Ergebnisse.

Synchronmaschinen sind häufig in Anwendungen mit konstanter Geschwindigkeit auf den Motor Welle mit sehr engen Geschwindigkeit Regeln. Solche Anwendungen gehören elektrische Uhren und Festplatten, sondern erstrecken sich auf synchrone Kondensatoren, die Synchron-Motoren in die führende Kraft Faktor Region Blindleistung zu einer Belastung zu agieren. Leistungsfaktorkorrektur ist ein anderer Begriff mit synchronen Kondensator Anwendungen verwendet. Beachten Sie, dass die häufigste Synchronmotoren Permanentmagnet-Motoren sind die häufigste Synchrongeneratoren Schleifringläufer synchron-Generatoren.