AC 同期機同期
ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査
三相巻線形同期発電機は、電力世界中の主なソースです。原動機と刺激物の電力を生成するために必要です。原動機は、タービンの流体 (気体または液体) によるスピンをすることができます、流体することができますソース長いノズルを通して…
1. 原動機初期化
この実験では原動機、動力計、発電機回転子 (フィールド) を回転させるモータとして動作します。
- 三相の切断スイッチ、同期モータのスイッチ、および DC モーター スイッチすべてをしていることを確認します。
- 変圧器が、0% であることを確認します。
- 三相のコンセントを変圧器に配線し、図 1 に示すようにセットアップを接続します。
- 「S1」として同期機側 3 相スイッチを使用します。
- 「S1」と 3 つランプのセットアップでは、並列に注意してください。
- またデジタル パワー メーターのプローブの極性に注意してください。
- 「スタート/実行」スイッチが「スタート」位置にあるを確認します。
- 最大抵抗」RF"に設定します。
- 0% で、変圧器を残し、「S1」をオフのまま。
- 三相切断スイッチを入れます。
- 高電圧直流電源を入れます。
- すべての接続は、電源端子から明らかであることを確認します。
- プレス、"V 私は DIS/"供給電圧と電流の動作点を表示するボタン。15 V に電圧ノブを調整します。
- 直流電源パネルの「開始」を押します。ダイナモ DC 供給から大きな過渡電流が必要です。その"OCT"ライトが点灯する場合は、過電流制限を増やします。
- マシンはゆっくりとスピンする必要があります。
- 約 160 V DC 電源出力電圧を増加します。
- シャフトの回転速度を測定します。
- 1800 RPM の回転速度を達成するために電源電圧を調整します。
- 直流電流と電圧供給の表示を記録します。
- セットアップはそのまま、すべての機器の電源を切らないでください。
図 1: 三相同期発電機実験用回路図セットアップします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
2. グリッドと同期発電機の同期
- スタート/実行をスイッチに同期機側を「実行」します。3 つのランプは今オンする必要があります。
- "RF"と電源電圧は、繰り返しVGを達成するために調整 = 120 V、およびデジタル パワー メーター 60 hz. VGの周波数を調整 ± 2% 以内の値は許容されます。
- 若干VAC1を達成するために VARIAC の出力を増やす = 120 V。
- この段階では、グリッドは 120 V 60 Hz の周波数でを提供しています。
- レコードの電圧、電流、および両方の電力メーターで電力測定値。+/-メートルの任意の数の前に符号を無視しないでください。
- ランプは、その照明パターンを変更する必要があります。
- すべてのランプは、同時に明るく/暗くを行く、ジェネレーターとグリッドにある同じフェーズ シーケンスを持っています。使用の 3 フェーズ シーケンスの a b c を呼び出します。
- 場合はランプ サイクル、クリスマス ツリーに点灯するようなジェネレーターとグリッドが異なる相系列、a ~ c b は、a から b ・ c などがランプのセット。
- この場合、電源、変圧器 0% に戻る。
- 電源盤の「停止」を押します。
- 15 V DC 電圧設定を下げます。
- VARIAC 側フェーズ"b"と"c"を切り替えます。
- ステップ 2.1 で始まるすべての上記の手順を繰り返します。
- この手順は、迅速な行動を必要とする:「S1」をオンにすべてのライトをオフにする瞬間、ライトがすべてオフのまま、「S1」は、今、端子部分の短絡回路として機能しているので。
- ジェネレーターは、グリッドと今同期されます。電圧、電流、および両方の電力メーターで電力測定値を記録します。標識を無視しないでください。
- セットアップはそのまま残します。
3. フィールド電流変化の影響
- 最小位置、最大位置から約 5 つのステップで"RF"を調整し、ステップごとに以下の記録: シャフトの速度;シャフト トルクと記号電圧、電流、および両方の電力計; の電力測定値電圧と DC の供給の現在の読み取り値。
- この"RF"変化は、すべての電力測定値の同じ記号を提供: 場合
- 同期機にから電力逆潮流を達成するために DC 電源の出力を若干調整します。
- 負のパワーがマシンは電力を生成することを意味を覚えています。
- ステップごとに 3.5 A. レコード次の供給の表示に現在総 DC を超えることがなく 5 つのステップで、直流電源電圧を調整: シャフトの速度;シャフト トルクと記号電圧、電流、および両方の電力計; の電力測定値電圧と DC の供給の現在の読み取り値。
- そのままセットアップをしてください。
4. セットアップを逆アセンブル
セットアップを分解する前に次の手順に従ってください。
- 0% に、変圧器が再び戻す。
- 「停止」を押すことによって電源の出力をオフにします。
- マシンは、回転を停止、"Start"位置、およびスイッチ「S1」をオフに「スタート/実行」スイッチを入れる
- 三相切断スイッチを切ります。
- セットアップを逆アセンブルします。
AC同期発電機は、世界中の発電所での発電のバックボーンであり、電力網を安定させるためによく使用されます。同期発電機の位相シーケンス、電圧の大きさ、周波数をネットワーク内の電力の位相シーケンス、電圧の大きさ、周波数に一致させることが不可欠です。発電機がグリッドと位相がずれている場合、発電機は電力を供給できません。自動シンクロナイザーは大規模な発電所で使用されますが、ここでは手動同期の簡単な方法を示します。このビデオでは、三相同期発電機を紹介し、発電機を電力網に手動で同期するための電圧と周波数の出力を調整するためのプロトコルを示します。
AC同期機は、内側の回転コアであるローターと、外側の固定リングであるステーターで構成されています。ローターの磁場は、印加されたDC電圧によって誘導されます。固定子磁場は三相交流を使用して励起され、各相は独自の固定子コイルのセットに接続されています。これにより、供給ライン電流の発振に対応する一定の大きさと回転周波数の回転磁場が誘導されます。固定子と回転子の磁場が結合され、固定子の回転磁場とまったく同じ速度で回転します。AC同期機の特性の詳細については、JOVEの科学教育ビデオ「AC同期機の特性評価」をご覧ください。同期機を発電機として動作させると、原動機が回転子にトルクを印加し、回転子と固定子の磁場の間に屈曲差が生じます。加えられたトルクがローターの動きに対抗する場合、機械はシステムから無効電力を吸収して、機械を同期状態に戻します。加えられたトルクが代わりに回転を増加させ、機械を過励磁すると、発電機はシステムに電力を供給します。3灯方式を使用すると、発電機が電力網と同じ電圧の大きさ、周波数、および位相の順序で電力を供給していることを視覚的に確認できます。同期発電機の場合、周波数は原動機の速度変動によって制御されます。発電機とシステムの電源が位相がずれていると、ランプがちらつきます。電圧が一致すると、差動がゼロになると、3つのランプすべてが同時にオフとオンになります。同期発電機の基本原理について説明したので、AC同期発電機の電力網への手動同期について説明します。
まず、DC モーターまたはダイナモメーターを原動機として初期化します。三相切断、同期モーター、DCモーターがすべてオフになっていることを確認します。バリアックを0%に設定した状態で、三相コンセントに配線します。次に、図のようにセットアップを接続します。次に、同期機の三相スイッチをオンにします。最後に、S1 と 3 つのランプが並列に接続されていることを確認します。また、デジタルパワーメータプローブの極性にも注目してください。次に、開始実行が開始位置で切り替わることを確認します。S1をオフにした状態で、RFを最大抵抗に設定します。三相切断スイッチをオンにしてから、高電圧DC電源をオンにします。次に、電源のVI表示ボタンを押して、電流の動作電圧を表示し、電圧を15ボルトに調整します。次に、DC電源パネルのSTARTを押します。ダイナモメータには、DC電源から引き出される大きな過渡電流が必要です。ただし、過電流制限またはOCTライトが点灯する場合は、過電流制限を増やしてください。次に、同期マシンがゆっくりと回転するのを観察します。最後に、DC電源の出力電圧を約160ボルトに増やし、ストロボライト技術を使用してシャフトの回転速度を測定します。次に、1,800RPMの回転速度を達成するために供給電圧を調整します。次に、DC電流と電圧を記録します。
次に、図のように、3つのランプ方式を使用して発電機を完全に組み立てた装置と同期させます。同期機側のスタートランスイッチを切り替えて走行させ、3つのランプが点灯していることを確認します。次に、電源電圧のRFを繰り返し調整して、発電機電圧を120ボルトにします。デジタルパワーメーターのVGの周波数を60 Hzに調整します。+/- 2%以内の値が許容されます。次に、バリアック出力をわずかに120ボルトに増やします。この段階では、グリッドと発電機は両方とも60Hzの周波数で120ボルトを供給しています。電圧、電流、電力の読み取り値を両方の電力メーターに記録し、+または-記号を含めます。最後に、ランプの照明パターンを使用して、同期を確認または調整します。3ランプ方式では、目的のAC電圧に達すると、ランプのオンとオフが同時に繰り返されます。グリッドからのA、B、Cの位相シーケンスがマシンからのシーケンスA、C、Bと出会うと、ランプの両端の電圧としてのランプのサイクルは、3つの位相すべてで同時にゼロになることはありません。代わりに 3 つのランプが循環して同期しなく点滅する場合、発電機とグリッドの位相シーケンスはランプのセット全体で異なります。シーケンスを特定します。1つはABCとして、もう1つはACBとして。次に、シーケンスを調整するには、まずバリアックを0%に戻し、電源パネルのSTOPを押します。DC電圧を15ボルトに戻した後、最後に発電機側のB相とC相を切り替えます。3つのランプがすべて同時に明るくなったり暗くなったりすると、発電機とグリッドの位相順序は同じになり、正しく同期しています。それ以外の場合は、位相順序の変更を繰り返します すべてのライトが消えた瞬間に、スイッチS1をオンにします。これで、S1が端子間の短絡として機能しているため、ライトはすべてオフのままです。その後、発電機はグリッドと同期されます。
同期機は、電力を安定させるために産業用途で頻繁に使用されます。機械の力率は、機械が特定の条件下で無効電力を供給できるかどうかを示します。グリッドを安定させるためにエネルギーを貯蔵および放出します。このように機能する場合、マシンは同期コンデンサーと呼ばれます。再生可能エネルギー源として風力を使用する際、風力発電タービンは同期発電機の原動力です。高負荷時に発電機が失速するのを防ぐために、タービンローターブレードの角度を差動制御して、可変風速での回転率を最適化します。発電された風力電力を送電網に送電するために、風力タービンは自動シンクロナイザーインターフェースを使用して、電力を電力を送電線に安全に送電します。
JOVEのAC同期マシン同期の紹介を見ました。これで、三相同期発電機の電圧出力と周波数出力を調整する方法を理解できたはずです。発電機を電力網に手動で同期し、発電機の出力に対する電界電流と速度の変動の影響を測定します。ご覧いただきありがとうございます!
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Q1: What are the main components of an AC synchronous machine?
AC synchronous machines consist of a rotating inner core called the rotor and a stationary outer ring called the stator. The rotor's magnetic field is induced by applied DC voltage, while the stator's magnetic field is excited using three-phase alternating current. Each phase connects to its own separate set of stator coils, creating a rotating magnetic field that couples with the rotor, causing it to spin at the same speed as the stator's rotating field.
Q2: How does frequency control work in synchronous generators?
Frequency in synchronous generators is controlled through prime mover speed variation. The prime mover applies torque to the rotor, and adjusting its speed directly controls the generator's output frequency. When the generator and system power are out of phase, the lamps flicker. Matching the frequency to the grid requires careful speed adjustment to achieve the desired output frequency, typically 60 Hz.
Q3: What is the three lamp method used for in synchronous generator synchronization?
The three lamp method provides visual confirmation that a generator delivers power at the same voltage magnitude, frequency, and phase sequence as the power grid. When voltage is matched correctly, a zero differential voltage causes all three lamps to turn off and on simultaneously. If lamps flicker out of sync, the generator and grid have different phase sequences and require phase adjustment before synchronization is complete.
Q4: What happens when a synchronous generator is out of phase with the grid?
When a synchronous generator is out of phase with the grid, it cannot deliver power. Matching the phase sequences, voltage magnitudes, and frequencies of the generator to those of the network is essential for proper operation. If the applied torque opposes rotor motion, the machine absorbs reactive power from the system to restore synchronization. Conversely, if torque boosts rotation, the generator delivers power to the system.
Q5: How do you adjust voltage output during manual synchronization?
During manual synchronization, adjust the field resistance (RF) on the DC supply to control the generator's voltage output. Iteratively modify RF to achieve the desired generator voltage, typically 120 volts to match the grid. Once the grid and generator both provide 120 volts at 60 Hz, record voltage, current, and power readings on both power meters, including polarity signs, to confirm proper synchronization.
Q6: What is a synchronous condenser and how does it stabilize the power grid?
A synchronous condenser is a synchronous machine functioning to stabilize power in industrial applications. The machine's power factor demonstrates whether it can deliver reactive power under certain conditions, storing and releasing energy to stabilize the grid. This capability allows synchronous machines to support grid voltage and frequency stability by absorbing or supplying reactive power as needed.
Q7: How are wind turbines synchronized with the power grid?
Wind turbines use an automatic synchronizer interface to transmit generated power safely to utility lines. The wind power turbine serves as the prime mover of the synchronous generator. To prevent the generator from stalling at high loads, turbine rotor blade angles are differentially controlled to optimize rotation rate in variable wind speeds, ensuring stable synchronization with the grid.