Charakterystyka maszyny synchronicznej prądu przemiennego

Silniki synchroniczne idealnie nadają się do zastosowań wymagających stałej prędkości wirnika niezależnie od zmiennego obciążenia wału i są prawie wszechobecne w elektrowniach do regulacji częstotliwości i napięcia. Maszyny synchroniczne składają się z wewnętrznego obracającego się rdzenia zwanego wirnikiem i zewnętrznego pierścienia stacjonarnego zwanego stojanem. Pole magnetyczne wirnika jest stałe i jest generowane za pomocą magnesów trwałych lub źródła prądu stałego. W trójfazowych silnikach synchronicznych prąd przepływa do stojana maszyny, przy czym każda faza jest podłączona do oddzielnego zestawu cewek stojana. W ten sposób powstaje oddzielne wirujące pole magnetyczne, które odpowiada oscylacjom prądu w przewodzie zasilającym. Pola magnetyczne stojana i wirnika są sprzężone lub zablokowane, co powoduje, że wirnik obraca się z prędkością dokładnie taką samą, jak prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana. Ogólnym celem tego filmu jest przedstawienie trójfazowych maszyn synchronicznych, zademonstrowanie protokołów uruchamiania i blokowania pól magnetycznych wirnika i stojana oraz zilustrowanie protokołu znajdowania wpływu obciążeń silnika na kąt momentu obrotowego.

Aby przezwyciężyć bezwładność początkową przed wyrównaniem pól stojana i wirnika, trójfazowa maszyna synchroniczna jest początkowo uruchamiana jako silnik indukcyjny. W tej procedurze wirujące pole magnetyczne stojana indukuje prąd w wirniku klatkowym, a następnie wytwarza pole magnetyczne wokół wirnika i indukuje obrót. Gdy prędkość maszyny zbliża się do prędkości synchronicznej, na uzwojenie pola doprowadzane jest napięcie stałe. Od tego momentu wzbudzenie elektromagnetyczne kontroluje pole magnetyczne wirnika. Przy ustalonym polu magnetycznym wirnika, pola magnetyczne wirnika i stojana zostają zablokowane, aby uzyskać synchronizację wirnika ze stojanem. W związku z tym prędkość silnika synchronicznego jest kontrolowana przez prędkość obrotową pola magnetycznego stojana i jest niezależna od obciążenia. Chociaż obciążenie wirnika nie wpływa na prędkość wirnika w silniku synchronicznym, powoduje, że ciągnięcie wirnika nieznacznie spada za ciągnięciem stojana. Podczas gdy silnik nadal pracuje z prędkością synchroniczną, przemieszczenie kątowe nazywane jest kątem momentu obrotowego, który jest mniejszy przy niższych obciążeniach i większy przy wyższych obciążeniach. Wraz ze wzrostem obciążenia mechanicznego kąt momentu obrotowego wzrasta, aż kąt będzie tak duży, że wirnik zostanie wyrwany z synchronizacji. To wysokie obciążenie mechaniczne przekracza zatem granicę, z którą silnik może sobie poradzić, i nazywa się momentem przebicia. Teraz, gdy wprowadzono silniki synchroniczne, zademonstrujemy procedury uruchamiania, synchronizacji i charakteryzacji.

Przed uruchomieniem silnika synchronicznego należy sprawdzić zasilanie prądem stałym używane do blokowania pól magnetycznych wirnika i stojana. Najpierw zewrzyj zasilacz prądu stałego o małej mocy i włącz go. Zmniejsz prąd na zasilaniu do jednego punktu osiem amperów, a następnie wyłącz zasilanie i odłącz zwarcie. Test prądu stałego mierzy rezystancję uzwojenia stojana. Najpierw podłącz zaciski zasilania prądem stałym na portach pierwszym i czwartym silnika synchronicznego i włącz zasilanie. Następnie zarejestruj napięcie i prąd DC na tych portach. Zmieniaj napięcie w razie potrzeby, aby osiągnąć ograniczenie prądu do jednego punktu ośmiu amperów. Zapisz napięcie, a następnie wyłącz zasilanie. Powtórz pomiary napięcia i prądu zgodnie z opisem na portach drugim i piątym, a następnie dla portów trzeciego i szóstego. Na koniec odłącz zasilanie prądem stałym, aby zakończyć test prądu stałego.

W kolejnym kroku protokołu maszyna synchroniczna jest uruchamiana w trybie silnika indukcyjnego, a następnie blokowane są pola magnetyczne wirnika i stojana. Najpierw sprawdź, czy odłącznik trójfazowy, wyłącznik silnika synchronicznego i wyłącznik silnika prądu stałego są wyłączone. Następnie sprawdź, czy wariak jest ustawiony na zero procent napięcia wyjściowego. Gdy urządzenie jest wyłączone, podłącz wariak do gniazdka trójfazowego i podłącz konfigurację, jak pokazano. Następnie przymocuj mały kawałek taśmy do wału wirnika maszyny synchronicznej prądu przemiennego. Na koniec ustaw skalę od pięciu do 100 A sondy prądowej cyfrowego miernika mocy. Teraz uruchom silnik, włączając urządzenie. Najpierw sprawdź, czy przełącznik "Start-Run" znajduje się w pozycji "Start". Po drugie, włącz rozłącznik trójfazowy. Po trzecie, szybko zwiększ moc wyjściową variac, aż cyfrowy miernik mocy wskaże około 115 woltów. Pomiary te odpowiadają fazie A, napięciu i prądowi między linią a fazą neutralną, tak aby pomiar współczynnika mocy prawidłowo odzwierciedlał współczynnik mocy na fazę. Następnie zmierz moment obrotowy silnika w trybie indukcyjnym. Na koniec zmierz prędkość silnika za pomocą techniki światła stroboskopowego. Więcej informacji na temat tej techniki można znaleźć w filmie edukacyjnym "Silniki prądu stałego". Po uruchomieniu maszyny i zmierzeniu początkowych parametrów jest ona gotowa do synchronizacji. Najpierw włącz zasilanie prądem stałym 125 V. Następnie przestaw przełącznik "Start-Run" do pozycji "Run". Zwróć uwagę na to, jak zmienia się dźwięk maszyny. Gdy pole magnetyczne wirnika blokuje się w wirującym polu magnetycznym stojana, dźwięk maszyny staje się łagodniejszy. Przy zablokowanych lub zsynchronizowanych polach magnetycznych wirnika i stojana zmierz prąd i napięcie twornika, moc i współczynnik mocy. Następnie zmierz napięcie i prąd pola z wyświetlacza zasilacza prądu stałego. Następnie zmierz charakterystykę mechaniczną, moment obrotowy i prędkość. Na koniec wyłącz urządzenie, zaczynając od zasilacza prądu stałego. Następnie przestaw przełącznik "Start-Run" do pozycji "Start" i ustaw wariak z powrotem na zero procent mocy wyjściowej. Na koniec wyłącz rozłącznik trójfazowy.

Gdy silnik prądu stałego jest mechanicznie sprzężony z maszyną synchroniczną w celu zapewnienia obciążenia mechanicznego, kąt momentu obrotowego w silniku synchronicznym może być modyfikowany przez prąd pola bocznikowego w silniku prądu stałego. Protokół ten bada zależność między obciążeniem pola silnikowego a kątem momentu obrotowego. Przy wyłączonym sprzęcie podłącz konfigurację, jak pokazano, i ustaw rezystor obciążenia bocznikowego na dwa kiloomy. Teraz włącz sprzęt zgodnie z wcześniejszym opisem. Zapisz parametry elektryczne i mechaniczne jak poprzednio. Następnie zarejestruj kąt momentu obrotowego przy załadowanym polu bocznikowym. W tym celu należy użyć stroboskopu, aby wizualnie zamrozić wał silnika synchronicznego. Dostosuj częstotliwość stroboskopu za pomocą nob "kursu", aby w przybliżeniu dopasować się do 1800 obr./min, prędkości synchronicznej maszyny o częstotliwości 60 herców. Następnie skieruj światło stroboskopowe na krawędź wału silnika i wyreguluj "drobną" końcówkę, aż wał stanie się nieruchomy Początkowo zmierz kąt momentu obrotowego przy RL ustawionym na 200 omów i wyłącz S1 i S2. Następnie powtórz pomiary kąta z załadowanym polem bocznikowym w następujący sposób. Włącz S1 i zmierz kąt delta jeden, a następnie włącz S2 i zmierz kąt delta dwa. Na koniec wyłącz S2, zmień RL na 300 omów i ponownie włącz S2. Na koniec wyłącz sprzęt zgodnie z wcześniejszym opisem.

Rezystancja fazy prądu stałego została oszacowana na podstawie testu prądu stałego jako stosunek napięcia stałego do prądu stałego przyłożonego między zaciskiem fazowym a przewodem neutralnym. Rezystancja fazowa przyczynia się do strat w maszynie i powoduje spadek napięcia na tworniku. Rezystancję pola mierzono w podobny sposób, przykładając napięcie stałe do uzwojenia pola i mierząc prąd pola. Rezystancja pola kontroluje prąd pola. Napięcie pola można zmieniać za pomocą stałej rezystancji pola w celu zmiany prądu pola. Wreszcie kąt momentu obrotowego zwiększył się wraz ze zwiększonym obciążeniem mechanicznym zmodyfikowanym przez zmianę prądu pola bocznikowego w silniku prądu stałego. Rzeczywista moc maszyny jest wtedy związana z kątem momentu obrotowego, jak pokazano. To mówi nam, że moc wyjściowa jest najwyższa, gdy kąt momentu obrotowego wynosi zero.

Maszyny synchroniczne są powszechne w zastosowaniach wymagających stałej prędkości na wale silnika z bardzo ścisłą regulacją prędkości. Generatory synchroniczne z trójfazowym wirnikiem uzwojonym są głównym źródłem energii elektrycznej na całym świecie. Aby podłączyć generator w jednej elektrowni do sieci elektrycznej, trzy czynniki w napięciach wyjściowych generatora muszą odpowiadać tym z sieci, wielkością, częstotliwością i kolejnością faz. Podczas gdy automatyczne synchronizatory są zwykle stosowane w dużych elektrowniach, prosta metoda ręcznej synchronizacji została zademonstrowana w filmie Science Education "Synchronizacja maszyn synchronicznych prądu przemiennego". Silniki synchroniczne są często używane w prostych urządzeniach, takich jak młyny kulowe. Młyn kulowy to urządzenie, które miesza i miele materiały poprzez obracanie cylindra zawierającego małe metalowe kulki. Uderzenie kulek miele materiały umieszczone w cylindrze. Młynki te są często używane do mieszania materiałów, takich jak farby, lub do proszkowania materiałów, takich jak ziarno roślin.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie Jowisza do charakterystyki maszyn synchronicznych prądu przemiennego. Powinieneś teraz zrozumieć, jak działają maszyny synchroniczne prądu przemiennego, jak uruchomić i zsynchronizować maszynę oraz rozpoznać wpływ obciążeń silnika na kąt momentu obrotowego. Dzięki za oglądanie.