Caractérisation de Machine synchrone AC

Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.

Des moteurs synchrones triphasés plaie du rotor sont moins populaires que les moteurs synchrones à aimant permanent du rotor en raison les pinceaux nécessaires pour le champ du rotor. Générateurs synchrones sont beaucoup plus fréquentes et disponible dans la plupart des centrales existantes, comme ils l’ont excellent règlement de tension et de fréquence. Moteurs synchrones ont l’avantage de la régulation de vitesse presque 0 % dû au fait que la vitesse du rotor est exactement la même que la vitesse de champ magnétique du stator, causant la vitesse du rotor est constante, indépendamment de combien l’arbre du moteur est chargé. Ainsi, ils sont très appropriés pour les applications à vitesse fixe.

Cette expérience vise à comprendre les concepts de démarrage d’un moteur synchrone triphasé, V-courbes de charges diverses où la charge influe sur le facteur de puissance du moteur et l’effet de charges sur l’angle entre la tension aux bornes et arrière f.e.m.

Machines synchrones s’appuient sur le concept de champ magnétique rotatif introduit pour les machines à induction. Courants triphasé, qui coule dans le stator de la machine, produisent un champ magnétique tournant d’amplitude constante à la fréquence désirée. La différence entre les machines synchrones et asynchrones, c’est que ce dernier a court-circuité enroulements ou une « cage d’écureuil » du côté du rotor, tandis que les machines synchrones ont un champ magnétique fixe sur le côté du rotor. Ce champ magnétique est fourni soit par un excitateur ou par aimants permanents. Machines synchrones à aimants permanents sont devenues plus fréquentes en raison de leur rendement élevé et une taille compacte, mais généralement, ils utilisent des matériaux de terre rare. Le terme synchrone est utilisé parce que le champ magnétique du rotor, qui est indépendant du stator, se verrouille au champ magnétique rotatif et entraîne le rotor de tourner à la même vitesse (ou la vitesse synchrone) dans le champ magnétique tournant du stator.

Pour démarrer un moteur synchrone triphasé à plaie du rotor, l’inducteur est court-circuitée où la machine agit comme un moteur à induction. Une fois que la vitesse de la machine se trouve à proximité de la vitesse synchrone, le court-circuit est supprimé et une tension continue est appliquée dans l’ensemble de l’inducteur. Cela bloque les rotor et le stator des champs magnétiques, et ainsi, le rotor et le stator de synchronisme est atteint. Dans cet atelier, le moteur synchrone est démarré par la présence de l’interrupteur supérieur sur sa plaque de jonction dans la position « Induction Start », et lorsque la vitesse atteint l’état stationnaire, l’interrupteur est remis à la position « Run synchrone ».

1. DC Test

1. Allumez l’alimentation CC de faible puissance avec un court circuit entre ses bornes.
   1. Limiter le courant sur l’alimentation CC de faible puissance à 1,8 A.
   2. Coupez l’alimentation et débrancher le circuit court.
2. Relier les bornes d’alimentation à travers les ports 1 et 4 du moteur synchrone.
   1. Ouvrir l’alimentation et de mesurer la tension et le courant. Varier la tension comme nécessaire pour atteindre un courant de 1,8 A.
   2. Coupez l’alimentation, puis répétez les deux étapes précédentes pour les ports 2 et 5 et 3 et 6.
3. Débranchez l’alimentation CC de faible puissance.

2. mise en marche synchrone

1. Assurez-vous que l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé, moteur synchrone interrupteur et interrupteur du moteur DC sont tous éteints.
   1. Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
   2. Câblez le thyristor à la sortie du moteur triphasé et le programme d’installation illustré à la Fig. 1.
   3. N’oubliez pas de définir l’échelle de 1 à 1000 de la sonde de courant de compteur numérique puissant.
2. Vérifiez que l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » est dans la position « Start ».
3. Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
4. Augmenter rapidement le thyristor de sortie jusqu'à ce que le wattmètre numérique indique environ 115 V.
5. Mesurer l’armature actuel j’ai_AC1, tension d’induit V_AC1, pouvoir réel et facteur de puissance.
6. N’oubliez pas que la tension de phase (ligne-neutre) et la phase actuelle sur la phase « a » sont mesurées, alors la mesure de facteur de puissance sur le wattmètre est correctement reflétant le facteur de puissance par phase.
7. Mesurer le couple et la vitesse de la machine.
8. Allumez l’alimentation de 125 V DC. Assurez-vous que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation.
   1. Appuyez sur la touche « Start » et la sortie de l’alimentation de 125 V.
9. Appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » à la position « Marche ». Faire attention à comment le bruit de la machine change. Le bruit de la machine devient plus lisse comme les serrures de champ magnétique de rotor au redresseur tournant de champ magnétique.
   1. Enregistrer l’armature actuel j’ai_AC1, tension d’induit V_AC1, puissance réelle, facteur de puissance et le champ tension et le courant de l’affichage d’alimentation de puissance DC.
   2. Mesurer et consigner le couple et la vitesse de la machine.
10. Éteindre l’alimentation DC, flip, que le « démarrer/exécuter » commutateur sur la position « Start » et ensemble le VARIAC retour à 0 %.
11. Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé. Le reste du circuit laisse intacte.

Figure 1 : Un schéma de configuration pour démarrer le moteur synchrone. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

3. effet de la charge sur le couple Angle

1. Assurez-vous que l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé, moteur synchrone commutateur « S₁» et moteur à courant continu interrupteur « S₂» sont tous éteints.
   1. Notez que si « S₁« est du côté du moteur synchrone, il est utilisé pour connecter/déconnecter la charge « RL » aux bornes de machine de DC.
   2. Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
2. Connecter le programme d’installation illustré à la Fig. 2 et la valeur « R_L» Ω 200.
3. Vérifiez que l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » est dans la position « Start ».
4. Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
5. Augmenter rapidement le thyristor de sortie jusqu'à ce que le wattmètre numérique indique environ 115 V.
6. Allumez l’alimentation de 125 V DC. Assurez-vous que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation.
7. Sur le bouton d’alimentation et la sortie de l’alimentation de 125 V.
8. Appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » à la position « Marche ».
9. Enregistrer l’armature actuel j’ai_AC1, tension d’induit V_AC1, puissance réelle, facteur de puissance et champ tension et le courant de l’affichage d’alimentation de puissance DC.
10. Mesurer et consigner le couple et la vitesse de la machine.
11. Garder la lampe stroboscopique sur près de l’arbre et de mesurer l’angle initial δ_o.
    1. Pour mettre en place la lampe stroboscopique, branchez-le sur une prise de courant ordinaire et allumez-le.
    2. Avec le gros bouton, ajuster la vitesse de lecture sur la lampe stroboscopique d’être assez proche de 1 800 tr/min, ce qui est de la vitesse synchrone de 1 machine à quatre pôles 60 Hz. Vitesse de synchronisme est calculée en tours par minute (tr/min) sous la forme n= 120 xf/P , où f est la fréquence et P sont le nombre de pôles.
    3. Placez la lampe stroboscopique pour faire face à bord de l’arbre du moteur et réglez le bouton de fin, jusqu'à ce que l’arbre semble stationnaire. Le œil humain est poussé pour voir l’arbre comme stationnaire en ayant la fréquence de la lumière stroboscopique (ou vitesse de lecture) correspond à la vitesse de l’axe.
12. Activer « S₁» et répétez les étapes 3,9 à 3.11, mais mesurer le nouvel angle δ₁.
13. Activer « S₂» et répétez les étapes 3,9 à 3.11, mais mesurer le nouvel angle δ₂.
14. Désactiver « S₂» et remplacez « R_L» 100 Ω.
15. Activer « S₂» et répétez les étapes 3,9 à 3.11, mais mesurer le nouvel angle δ₃.
16. Coupez l’alimentation DC, flip, le « démarrer/exécuter » passer à la position « Start », désactiver « S₁« et « S2 » et ensemble le VARIAC retour à 0 %.
17. Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé. Le reste du circuit laisse intacte.

Figure 2 : Une représentation schématique de l’installation pour étudier l’effet de la charge sur le couple angle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

4. l’effet du champ courant sur le facteur de puissance

Cette section porte sur un côté de la courbe en V.

1. Assurez-vous que le sectionneur de moteur triphasé, moteur synchrone commutateur S₁et moteur à courant continu interrupteur S₂ sont tous éteints.
2. Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
3. Connectez le programme d’installation illustré à la Fig. 3, qui est seulement différent de Fig. 2 en ajoutant de la résistance de champ de série « R_F» et « R_L» à 200 Ω.
4. La valeur « R_F» la position de 10 Ω. « R_F» ne nécessite pas de mesure pour cette expérience, puisque l’objectif est de modifier le champ courant seulement.
5. Vérifiez que l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » est dans la position « Start ».
6. Allumez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé.
7. Augmenter rapidement le thyristor de sortie jusqu'à ce que le wattmètre numérique indique 115 V.
8. Allumez l’alimentation de 125 V DC. Assurez-vous que toutes les connexions sont claires les bornes d’alimentation.
9. Sur le bouton d’alimentation et la sortie de l’alimentation de 125 V.
10. Appuyer sur l’interrupteur « Démarrer/Exécuter » à la position « Marche ».
11. Pour « R_F» = 10, 6, 3 et 1, enregistrer l’armature actuel j’ai_AC1, armature V_AC1, véritable tension, facteur de puissance, champ tension et le courant de l’affichage d’alimentation de puissance DC.
12. Mesurer et consigner le couple et la vitesse de la machine.
13. « R_F» rétablir Ω 10.
14. « S₁» s’allume et répétez les étapes 4.11 à 4,13.
15. « S₂» s’allume et répétez les étapes 4.11 à 4,13.
16. Désactiver « S₂» et remplacez « R_L» 100 Ω.
17. « S₂» s’allume et répétez les étapes 4.11 à 4,13.
18. Éteindre l’alimentation DC, flip, que le « démarrer/exécuter » commutateur sur la position « Start » et ensemble le VARIAC retour à 0 %.
19. Éteignez l’interrupteur-sectionneur moteur triphasé et débrancher l’installation.

Figure 3 : Une représentation schématique de l’installation pour étudier l’effet de la modification du champ actuel. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

La phase de DC, on peut estimer la résistance du contrôleur de domaine test comme le rapport entre la tension à courant continu lorsqu’elle est appliquée entre un terminal de phase et le neutre. La résistance de champ peut être mesurée de manière similaire en appliquant la tension continue à l’inducteur et en mesurant le courant d’excitation. La réactance synchrone (X,_s), dos f.e.m. de la machine (E_A), et on trouvera ses constantes connexes k_φ de la mesure de la puissance réelle (P_3φ) dans la machine : P _{3 Φ} = 3V_φE_Acos(δ) /X_s (sans tenir compte de la résistance du stator R_s) et base puissance débit équations pour le circuit équivalent par phase (Fig. 4).

V-courbes déterminent le facteur de puissance de la machine, comme en témoigne la source (grille). Les courbes V démontrent que la machine peut fournir la puissance réactive (facteur de puissance) sous certaines conditions et par conséquent, les actes comme un condensateur qui peut améliorer la stabilité de la tension sur la grille. Lorsque vous utilisez sous cette condition, la machine est appelée « condenseur synchrone ».

Figure 4 : Une représentation schématique du circuit équivalent par phase utilisé pour les résultats représentatifs.

Machines synchrones sont courantes dans les applications exigeant une vitesse constante sur l’arbre du moteur à la réglementation de la vitesse très serré. Ces applications comprennent des horloges électriques et les disques durs, mais s’étend aux condenseurs synchrones, qui opèrent des moteurs synchrones dans la première région de facteur de puissance pour fournir une puissance réactive à une charge. Correction du facteur de puissance est un autre terme utilisé avec des applications de condenseur synchrone. Notez que les plus courante des moteurs synchrones sont des moteurs à aimants permanents, tandis que les générateurs synchrones plus courantes sont des alternateurs synchrones de plaie-rotor.