Caratterizzazione della macchina sincrona AC

I motori sincroni sono ideali nelle applicazioni che richiedono una velocità costante del rotore indipendente dal carico variabile dell'albero e sono quasi onnipresenti nelle centrali elettriche per la regolazione della frequenza e della tensione. Le macchine sincrone sono costituite da un nucleo rotante interno chiamato rotore e da un anello stazionario esterno chiamato statore. Il campo magnetico del rotore è fisso e viene generato utilizzando magneti permanenti o una fonte di alimentazione CC. Nei motori sincroni trifase, la corrente fluisce verso lo statore della macchina con ogni fase collegata al proprio set separato di bobine dello statore. Questo produce un campo magnetico rotante separato che corrisponde alle oscillazioni della corrente della linea di alimentazione. I campi magnetici dello statore e del rotore sono accoppiati o bloccati, causando la rotazione del rotore a una velocità esattamente uguale alla velocità di rotazione del campo magnetico dello statore. L'obiettivo generale di questo video è quello di introdurre le macchine sincrone trifase, dimostrare i protocolli per l'avvio e il blocco dei campi magnetici del rotore e dello statore e illustrare un protocollo per trovare l'effetto dei carichi del motore sull'angolo di coppia.

Per superare l'inerzia iniziale prima che i campi dello statore e del rotore siano allineati, una macchina sincrona trifase viene inizialmente utilizzata come motore a induzione. In questa procedura, il campo magnetico rotante dello statore induce corrente nel rotore a gabbia di scoiattolo, creando successivamente un campo magnetico attorno al rotore e inducendo la rotazione. Una volta che la velocità della macchina si avvicina alla velocità sincrona, viene applicata una tensione CC attraverso l'avvolgimento di campo. Da questo punto in poi, l'eccitazione elettromagnetica controlla il campo magnetico del rotore. Con il campo magnetico del rotore fisso, i campi magnetici del rotore e dello statore si bloccano per ottenere il sincronismo rotore-statore. Di conseguenza, la velocità del motore sincrono è controllata dalla velocità di rotazione del campo magnetico dello statore ed è indipendente dal carico. Sebbene il carico del rotore non influisca sulla velocità del rotore in un motore sincrono, fa sì che le trazioni del rotore cadano leggermente dietro le trazioni dello statore. Mentre il motore continua a funzionare a velocità sincrona, lo spostamento angolare è chiamato angolo di coppia, che è più piccolo a carichi inferiori e più grande a carichi più elevati. All'aumentare del carico meccanico, l'angolo di coppia aumenta fino a quando l'angolo è così alto che il rotore viene tirato fuori sincronismo. Questo elevato carico meccanico è quindi superiore al limite che il motore può sopportare ed è chiamato coppia di rottura. Ora che i motori sincroni sono stati introdotti, dimostreremo le procedure per l'avvio, la sincronizzazione e la caratterizzazione.

Prima di avviare il motore sincrono, testare l'alimentazione CC utilizzata per bloccare i campi magnetici del rotore e dello statore. Innanzitutto, cortocircuitare l'alimentatore CC a bassa potenza e accenderlo. Ridurre la corrente sull'alimentazione a un punto otto ampere, quindi spegnere l'alimentazione e scollegare il cortocircuito. Il test CC misura la resistenza dell'avvolgimento dello statore. Innanzitutto, collegare i terminali di alimentazione CC attraverso le porte uno e quattro del motore sincrono e accendere l'alimentazione. Quindi, registrare la tensione e la corrente CC su queste porte. Variare la tensione secondo necessità per raggiungere un limite di corrente di un virgola otto ampere. Registrare la tensione e quindi spegnere l'alimentazione. Ripetere le misurazioni di tensione e corrente come descritto sulle porte due e cinque, quindi per le porte tre e sei. Infine, scollegare l'alimentazione CC per completare il test CC.

Nella fase successiva del protocollo, la macchina sincrona viene avviata in modalità motore a induzione, quindi i campi magnetici del rotore e dello statore vengono bloccati. Innanzitutto, verificare che il sezionatore trifase, l'interruttore del motore sincrono e l'interruttore del motore CC siano tutti spenti. Quindi, verificare che il variac sia impostato su una tensione di uscita pari allo zero percento. Con l'apparecchiatura spenta, collegare il variac alla presa trifase e collegare la configurazione come mostrato. Quindi, attaccare un piccolo pezzo di nastro adesivo all'albero del rotore della macchina sincrona CA. Infine, impostare la scala da cinque a 100 A della sonda di corrente del misuratore di potenza digitale. Ora, avviare il motore accendendo l'apparecchiatura. Innanzitutto, verificare che l'interruttore 'Start-Run' sia in posizione 'Start'. In secondo luogo, accendere il sezionatore trifase. In terzo luogo, aumentare rapidamente l'uscita variac fino a quando il misuratore di potenza digitale legge circa 115 volt. Queste misurazioni corrispondono alla fase A, alla tensione e alla corrente di fase da linea a neutro in modo che la misurazione del fattore di potenza rifletta correttamente il fattore di potenza per fase. Quindi, misurare la coppia del motore in modalità induzione. Infine, misurare la velocità del motore utilizzando la tecnica della luce stroboscopica. Per ulteriori informazioni su questa tecnica, fare riferimento al video di educazione scientifica, "Motori a corrente continua". Con la macchina avviata e i parametri iniziali misurati, è pronta per la sincronizzazione. Innanzitutto, accendi l'alimentatore a 125 volt CC. Quindi, portare l'interruttore 'Start-Run' in posizione 'Run'. Prestare attenzione a come cambia il suono della macchina. Quando il campo magnetico del rotore si aggancia al campo magnetico rotante dello statore, il suono della macchina diventa più fluido. Con i campi magnetici del rotore e dello statore bloccati o sincronizzati, misurare la corrente e la tensione dell'armatura, la potenza e il fattore di potenza. Quindi, misurare la tensione e la corrente di campo dal display dell'alimentatore CC. Quindi, misurare le caratteristiche meccaniche, la coppia e la velocità. Infine, spegnere l'apparecchiatura a partire dall'alimentazione CC. Quindi, portare l'interruttore 'Start-Run' in posizione 'Start' e riportare la variabile allo zero percento di uscita. Infine, spegnere il sezionatore trifase.

Quando un motore CC è accoppiato meccanicamente alla macchina sincrona per fornire un carico meccanico, l'angolo di coppia nel motore sincrono può essere modificato dalla corrente di campo di derivazione nel motore CC. Questo protocollo esamina la relazione tra il carico del campo motore e l'angolo di coppia. Con l'apparecchiatura spenta, collegare la configurazione come mostrato e impostare la resistenza di carico shunt su due kiloohm. Ora, accendi l'apparecchiatura come descritto in precedenza. Registrare i parametri elettrici e meccanici come prima. Quindi, registrare l'angolo di coppia con il campo di derivazione caricato. Per fare ciò, utilizzare lo strobo per congelare visivamente l'albero del motore sincrono. Regolare la frequenza stroboscopica utilizzando il nob "corso" in modo che corrisponda approssimativamente a 1800 giri/min, la velocità sincrona di una macchina a quattro tiri da 60 hertz. Quindi, puntare la luce stroboscopica verso il bordo dell'albero motore e regolare il nob "fine" finché l'albero non appare fermo Inizialmente, misurare l'angolo di coppia con RL impostato su 200 ohm e spegnere S1 e S2. Quindi, ripetere le misurazioni dell'angolo con il campo di shunt caricato come segue. Attiva S1 e misura l'angolo delta uno, quindi attiva S2 e misura l'angolo delta due. Infine, spegni S2, cambia RL a 300 ohm e riattiva S2. Infine, spegnere l'apparecchiatura come descritto in precedenza.

La resistenza di fase CC è stata stimata dal test CC come il rapporto tra tensione CC e corrente CC quando applicato tra un terminale di fase e il neutro. La resistenza di fase contribuisce alle perdite nella macchina e provoca una caduta di tensione attraverso l'armatura. La resistenza di campo è stata misurata in modo simile applicando una tensione CC all'avvolgimento di campo e misurando la corrente di campo. La resistenza di campo controlla la corrente di campo. La tensione di campo può essere variata con una resistenza di campo fissa per variare la corrente di campo. Infine, l'angolo di coppia è diventato più grande con l'aumento del carico meccanico modificato variando la corrente di campo di derivazione nel motore CC. La potenza reale della macchina è quindi correlata all'angolo di coppia come mostrato. Questo ci dice che la potenza di uscita è massima quando l'angolo di coppia è zero.

Le macchine sincrone sono comuni nelle applicazioni che richiedono una velocità costante sull'albero del motore con regolazioni di velocità molto strette. I generatori sincroni a rotore avvolto trifase sono la principale fonte di energia elettrica in tutto il mondo. Per collegare il generatore di un impianto alla rete elettrica, tre fattori nelle tensioni di uscita del generatore devono corrispondere a quelli della rete, grandezza, frequenza e sequenza di fase. Mentre i sincronizzatori automatici sono solitamente utilizzati nelle grandi centrali elettriche, un metodo semplice è dimostrato per la sincronizzazione manuale nel video di Science Education, "AC Synchronous Machine Synchronization". I motori sincroni sono spesso utilizzati per dispositivi semplici come i mulini a sfere. Un mulino a palle è un dispositivo che mescola e macina i materiali facendo rotare un cilindro contenente piccole sfere di metallo. L'impatto delle sfere macina i materiali posti all'interno del cilindro. Questi macinatori sono usati frequentemente per frullare materiali come le vernici o per polverizzare materiali come il grano delle piante.

Avete appena visto l'introduzione di Giove alla caratterizzazione delle macchine sincrone in corrente alternata. Ora dovresti capire come funzionano le macchine sincrone CA, come avviare e sincronizzare la macchina e riconoscere l'effetto dei carichi del motore sull'angolo di coppia. Grazie per l'attenzione.