Caracterización de máquinas sincrónicas de CA

Fuente: Ali Bazzi, Departamento de ingeniería eléctrica, Universidad de Connecticut, Storrs, CT.

Motores síncronos de tres fases rotor de herida son menos populares que los motores síncronos de imán permanente rotor debido a los pinceles necesarios para el campo del rotor. Los generadores síncronos son mucho más comunes y disponibles en la mayoría las centrales existentes, ya que tienen excelente regulación de voltaje y la frecuencia. Los motores síncronos tienen la ventaja de casi 0% de regulación de la velocidad debido a que la velocidad del rotor es exactamente la misma velocidad y campo magnético del estator, causar la velocidad del rotor constante, independientemente de cuánto se carga del eje del motor. Por lo tanto, son muy convenientes para aplicaciones de velocidad fija.

Los objetivos de este experimento son entender los conceptos de a partir de un motor sincrónico de corriente trifásica, las curvas de V para cargas diversas, donde la carga afecta el factor de potencia del motor y el efecto de cargas en el ángulo entre el voltaje terminal y la f.e.m. posterior

Máquinas síncronas se basan en el concepto de campo magnético giratorio para máquinas de inducción. Tres fases, corrientes en el estator de la máquina, producen un campo magnético giratorio de magnitud constante a una frecuencia deseada. La diferencia entre las máquinas sincrónicas y asincrónicas es que este último ha puesto en cortocircuito bobinas o una "jaula de ardilla" en el lado del rotor, mientras que máquinas síncronas tienen un campo magnético fijo en el lado del rotor. Este campo magnético es siempre o por un excitador o por imanes permanentes. Máquinas síncronas de imán permanente se está volviendo más común debido a su alta eficiencia y tamaño compacto, pero por lo general utilizan materiales de tierras raras. El término síncrono se utiliza porque el campo magnético de rotor, que es independiente del estator, bloquea el campo magnético giratorio y hace que el rotor gire a la misma velocidad (o velocidad síncrona) como campo de magnético giratorio del estator.

Para arrancar un motor trifasico rotor enrollado síncrono, el devanado de campo se pone en cortocircuito en la máquina actúa como un motor de inducción. Una vez que la velocidad de la máquina está cerca de la velocidad síncrona, el cortocircuito se retira y se aplica un voltaje de C.C. a través de la bobina de campo. Esto bloquea los campos magnéticos de rotor y estator, y así, se logra el sincronismo del rotor y el estator. En este laboratorio, el motor síncrono es iniciado por tener el interruptor superior en su placa de interfaz en la posición "Inicio de la inducción", y una vez que la velocidad alcanza el estado estacionario, se gira el interruptor a la posición "Run síncrono".

1. C.C. prueba

1. Encienda la fuente de alimentación de DC de baja potencia con un corto circuito en sus terminales.
   1. Limitar la corriente de la fuente de alimentación de DC de baja potencia a 1.8 A.
   2. La fuente y desconecte el circuito.
2. Conecte los terminales de alimentación a través de los puertos 1 y 4 del motor síncrono.
   1. Encienda la fuente y medir el voltaje y la corriente. Variar el voltaje según sea necesario para llegar a una corriente de 1.8 A.
   2. El suministro, entonces repita los dos pasos anteriores para 2 y 5 y puertos 3 y 6.
3. Desconecte la fuente de alimentación de DC de baja potencia.

2. sincrónica de la máquina puesta en marcha

1. Asegúrese que el interruptor de desconexión trifásica interruptor de motor síncrono e interruptor motor de la C.C. todos estén apagados.
   1. Compruebe que el VARIAC es 0%.
   2. El VARIAC de alambre a la salida de tres fases y conectar el programa de instalación que se muestra en la figura 1.
   3. Recuerde ajustar la escala de 1 a 1000 de la sonda de corriente de medidor de potencia digital.
2. Compruebe que el interruptor de "Inicio/ejecutar" está en la posición "Start".
3. Encienda el interruptor de desconexión de tres fases.
4. Aumentar rápidamente el VARIAC hasta que el medidor de potencia digital lee alrededor de 115 V de salida.
5. Medir la armadura actual I_AC1, tensión de armadura V_AC1, potencia real y factor de potencia.
6. Recuerde que el voltaje de fase (línea a neutro) y la fase actual en la fase "a" están siendo medidos, por lo que la medición de factor de potencia en el medidor de energía refleja correctamente el factor de potencia por fase.
7. Medir el par y la velocidad de la máquina.
8. Encienda la fuente de alimentación de 125 V DC. Asegúrese que todas las conexiones estén libres de los terminales de alimentación.
   1. Pulse el botón de "Start" suministro y establece la salida de la fuente en 125 V.
9. Mueva el interruptor de "Inicio/ejecutar" a la posición "Run". Preste atención a cómo cambia el sonido de la máquina. El sonido de la máquina se vuelve más suave como las cerraduras de campo magnético del rotor al estator campo magnético rotativo.
   1. Grabar la armadura actual I_AC1, tensión de armadura V_AC1, potencia real, factor de potencia y el voltaje de campo y corriente de la corriente continua fuente de pantalla.
   2. Mida y registre la torsión y la velocidad de la máquina.
10. Apague la fuente de alimentación DC, solapa "Inicio/ejecutar" interruptor a la posición "Start" y conjunto el VARIAC de nuevo a 0%.
11. Apague el interruptor de desconexión de tres fases. Dejar intacto el resto del circuito.

Figura 1 : Un esquema de la configuración para iniciar el motor síncrono de. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. efecto de carga en ángulo de torsión

1. Asegúrese de que el interruptor de desconexión trifásica, motor síncrono del interruptor "S₁" y motor de corriente continua interruptor "S₂" están todos fuera.
   1. Tenga en cuenta que si bien "S₁" está en el lado del motor síncrono, se utiliza para conectar/desconectar la carga de "RL" en las terminales de la máquina de CC.
   2. Compruebe que el VARIAC es 0%.
2. La configuración que se muestra en la figura 2, conecte y ponga «R_L» a Ω 200.
3. Compruebe que el interruptor de "Inicio/ejecutar" está en la posición "Start".
4. Encienda el interruptor de desconexión de tres fases.
5. Aumentar rápidamente el VARIAC hasta que el medidor de potencia digital lee alrededor de 115 V de salida.
6. Encienda la fuente de alimentación de 125 V DC. Asegúrese que todas las conexiones estén libres de los terminales de alimentación.
7. Pulse el botón de inicio de suministro y establece la salida de la fuente en 125 V.
8. Mueva el interruptor de "Inicio/ejecutar" a la posición "Run".
9. Grabar la armadura actual I_AC1, tensión de armadura V_AC1, potencia real, factor de potencia y voltaje de campo y corriente de la corriente continua fuente de pantalla.
10. Mida y registre la torsión y la velocidad de la máquina.
11. Mantenga la luz estroboscópica cerca del eje y medir el ángulo inicial δ_o.
    1. Para instalar la luz estroboscópica, enchúfelo en una toma de corriente regular y enciéndala.
    2. Con la perilla gruesa, ajustar la velocidad de lectura en la luz estroboscópica que cerca de 1.800 RPM, que es la velocidad sincrónica de la máquina de 60 Hz 4 polos 1. Velocidad síncrona se calcula en rondas por minuto (RPM) como n= 120 xf/P donde f es la frecuencia y P son el número de polos.
    3. Coloque la luz estroboscópica para enfrentar el borde del motor y ajuste la perilla fina hasta el eje aparece inmóvil. El ojo humano es engañado para ver el eje como fijo por tener la frecuencia de la luz estroboscópica (o lectura rápida) coincida con la velocidad del eje.
12. Encienda "S₁" y repita los pasos 3.9 a 3.11, pero medir el nuevo ángulo δ₁.
13. Encienda "S₂" y repita los pasos 3.9 a 3.11, pero medir el nuevo ángulo δ₂.
14. Desactivar "S₂" y cambiar «R_L» a Ω 100.
15. Encienda "S₂" y repita los pasos 3.9 a 3.11, pero medir el nuevo ángulo δ₃.
16. Apagar apagar la fuente de alimentación DC, solapa "Inicio/ejecutar" interruptor a la posición "Start", "S₁"y "S2" y conjunto el VARIAC de nuevo a 0%.
17. Apague el interruptor de desconexión de tres fases. Dejar intacto el resto del circuito.

Figura 2 : Un esquema de la configuración para estudiar el efecto de carga de torque ángulo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. efecto de la corriente de campo en el Factor de potencia

Esta sección investiga a un lado de la curva de V.

1. Asegúrese de que interruptor de la desconexión trifásica, motor síncrono el interruptor S₁y motor de corriente continua interruptor S₂ están todos apagados.
2. Compruebe que el VARIAC es 0%.
3. Conectar la instalación que se muestra en la figura 3, que sólo es diferente de la figura 2 mediante la adición de la resistencia de campo de la serie "R_F" y «R_L» a Ω 200.
4. Ajuste "R_F" a la posición de 10 Ω. "R_F" no requiere medición para este experimento, ya que el objetivo es variar la corriente de campo solamente.
5. Compruebe que el interruptor de "Inicio/ejecutar" está en la posición "Start".
6. Encienda el interruptor de desconexión de tres fases.
7. Aumentar rápidamente el VARIAC hasta que el medidor de potencia digital lee 115 V de salida.
8. Encienda la fuente de alimentación de 125 V DC. Asegúrese que todas las conexiones estén libres de los terminales de alimentación.
9. Pulse el botón de inicio de suministro y establece la salida de la fuente en 125 V.
10. Mueva el interruptor de "Inicio/ejecutar" a la posición "Run".
11. Para "R_F" = 10, 6, 3 y 1, grabar la armadura actual I_AC1, armadura V_AC1, verdadera tensión, factor de potencia, campo voltaje y corriente de la pantalla de fuente de alimentación DC.
12. Mida y registre la torsión y la velocidad de la máquina.
13. Restablecer "R_F" Ω 10.
14. Encienda "S₁" y repita los pasos 4.11 a 4.13.
15. Encienda "S₂" y repita los pasos 4.11 a 4.13.
16. Desactivar "S₂" y cambiar «R_L» a Ω 100.
17. Encienda "S₂" y repita los pasos 4.11 a 4.13.
18. Apague la fuente de alimentación DC, solapa "Inicio/ejecutar" interruptor a la posición "Start" y conjunto el VARIAC de nuevo a 0%.
19. El interruptor de desconexión trifásica y desconecte la instalación.

Figura 3 : Un esquema de la configuración para estudiar el efecto de cambiar el actual campo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La prueba de la fase continua se puede estimar la resistencia de la DC como el cociente del voltaje de C.C. a la corriente cuando se aplica entre un terminal de la fase y el neutro. La resistencia de campo puede medirse de una manera similar aplicando tensión a la bobina de campo y midiendo el campo actual. Detrás de la reactancia síncrona (X_s), la f.e.m. de la máquina (E_A), y su constante relacionados k_φ se puede encontrar en la medición de potencia real (P_3φ) en la máquina: P _{3 Φ} = Cos(δ)V_φE_A3X_s (ignorando la resistencia del estator R_s) y la potencia base flujo las ecuaciones para el circuito equivalente por fase (Fig. 4).

Curvas de V determinan el factor de potencia de la máquina como se ve por la fuente (red). Las curvas de V demuestran que la máquina puede proporcionar potencia reactiva (factor de potencia principal) bajo ciertas condiciones y por lo tanto, actúa como un condensador que puede mejorar la estabilidad de voltaje en la red. Al operar bajo estas condiciones, la máquina se llama "condensador síncrono."

Figura 4 : Un esquema del circuito equivalente por fase utilizado para obtener resultados representativos.

Máquinas síncronas son comunes en aplicaciones que requieren velocidad constante en el eje del motor con las regulaciones de velocidad muy apretado. Tales usos incluyen relojes eléctricos y unidades de disco duro, pero extienden a condensadores sincrónicos, que son motores síncronos que se operan en la región líder de factor de potencia para proporcionar la potencia reactiva a una carga. Corrección factor de potencia es otro término usado con aplicaciones de condensador síncrono. Tenga en cuenta que los motores síncronos más comunes son motores de imán permanente, mientras que los generadores síncronos más comunes son los generadores síncronos de rotor de herida.