AC-Synchronmaschine-Charakterisierung

Electrical Engineering

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Overview

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Drehstrom-Schleifringläufer Synchronmotoren sind weniger beliebt als Permanentmagnet Rotor Synchron-Motoren durch die Bürsten für den Rotor-Bereich erforderlich. Synchrone-Generatoren sind viel häufiger und in die meisten bestehenden Kraftwerken zur Verfügung, da sie hervorragende Frequenz- und Spannungsstabilität Verordnung haben. Synchron-Motoren haben den Vorteil von fast 0 % Drehzahlregelung, aufgrund der Tatsache, dass die Rotordrehzahl ist genau dasselbe wie der Stator Magnetfeld Geschwindigkeit, wodurch die Rotordrehzahl, konstant, unabhängig davon, wieviel der Motor Welle geladen wird. Daher sind sie sehr gut geeignet für Anwendungen mit fester Drehzahl.

Die Ziele dieses Experiments sind zu verstehen, die Konzepte des Beginnens eines Drehstrom-Synchronmotors V-Kurven für verschiedene Lasten, wo die Last den Motorleistung Faktor beeinflusst, und die Wirkung von Lasten auf den Winkel zwischen der Klemmenspannung und zurück e.m.f.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Elektrotechnik und Informationstechnik. AC-Synchronmaschine-Charakterisierung. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Synchronmaschinen verlassen sich auf das rotierende Magnetfeld-Konzept für Induktion Maschinen eingeführt. Drehstrom-Ströme in der Maschine Stator, produzieren ein rotierendes Magnetfeld der konstante Größe bei einer gewünschten Frequenz. Der Unterschied zwischen den synchronen und asynchronen Maschinen ist, dass letztere kurzgeschlossen hat Wicklungen oder ein "Käfigläufer" auf der Rotor-Seite, während Synchronmaschinen ein festes Magnetfeld auf der Rotor-Seite haben. Dieses Magnetfeld wird entweder durch ein Exciter oder Permanentmagnete bereitgestellt. Permanent-Magnet-Synchronmaschinen werden immer häufiger durch ihre hohe Effizienz und kompakte Größe, aber in der Regel nutzen sie seltene-Erden-Materialien. Der Begriff synchrone ist verwendet, da der Rotor Magnetfeld, die unabhängig von den Stator, die rotierenden Magnetfeld sperrt und bewirkt, den Rotor dass zu drehen mit derselben Geschwindigkeit (oder synchrone Drehzahl) als rotierendes Magnetfeld des Stators.

Um einen Drehstrom Schleifringläufer synchron-Motor zu starten, ist der Feldwicklung kurzgeschlossen, wo die Maschine fungiert als Asynchronmotor. Sobald die Geschwindigkeit der Maschine in der Nähe von synchrone Drehzahl ist, der Kurzschluss entfernt und liegt eine DC-Spannung über der Feldwicklung. Dadurch wird der Rotor und Stator Magnetfelder gesperrt, und damit, Rotor und Stator Synchronismus erzielt. In dieser Übungseinheit der Synchronmotor wird gestartet, indem man den oberen Schalter auf seiner Oberfläche-Platte in der Position "Start Induktion", und sobald die Geschwindigkeit Steady-State erreicht, wird der Schalter in die Position "Synchron laufen" gekippt.

Procedure

1. DC Test

  1. Schalten Sie das Niederleistungs-DC Netzteil mit einem Kurzschluss an den Klemmen.
    1. Begrenzen Sie den Strom auf dem Niedrigstrom-DC-Netzteil auf 1,8 A.
    2. Schalten Sie die Versorgung und trennen Sie den Kurzschluss zu.
  2. Verbinden Sie die Anschlussklemmen über die Anschlüsse 1 und 4 der Synchronmotor.
    1. Schalten Sie die Stromversorgung und Messen Sie die DC Spannung und Strom zu. Variieren Sie die Spannung, je nach Bedarf, einen Strom von 1,8 A. zu erreichen
    2. Schalten Sie die Stromversorgung, dann wiederholen Sie die beiden vorherigen Schritte für Häfen 2 und 5 und 3 und 6.
  3. Trennen Sie das Niederleistungs-DC-Netzteil.

(2) Synchronmaschine Inbetriebnahme

  1. Stellen Sie sicher, dass alle die Dreiphasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter ausgeschaltet sind.
    1. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
    2. Verdrahten Sie die VARIAC mit Drehstrom-Steckdose und verbinden Sie das Setup in Abb. 1 dargestellt.
    3. Vergessen Sie nicht, legen die 1 bis 1000 Skalierung der digitale Power Meter aktuelle Sonde.
  2. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  3. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  4. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
  5. Messen Sie den Anker aktuelle ichAC1Anker Spannung VAC1, Wirkleistung und Leistungsfaktor.
  6. Denken Sie daran, dass die Phasenspannung (Linie, Neutral) und Phasenströme auf "a" sind phase gemessen wird, so dass Faktor Leistungsmessung auf den Leistungsmesser den Leistungsfaktor pro Phase korrekt reflektiert wird.
  7. Das Drehmoment und die Geschwindigkeit der Maschine zu messen.
  8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
    1. Drücken Sie die Taste "Start" und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  9. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run". Achten Sie darauf, wie sich die Maschine Klang ändert. Die Maschine Klang wird glatter als die Rotor Magnetfeld sperren den Stator rotierende Magnetfeld.
    1. Datensatz des Ankers aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, und der Bereich Spannung und Strom von Gleichstrom liefern Display.
    2. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  10. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
  11. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Figure 1
Abbildung 1 : Eine schematische Darstellung des das Setup zu starten der Synchronmotor. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

3. Auswirkungen der Belastung auf Drehmoment Winkel

  1. Stellen Sie sicher der Drehstrom-Trennschalter, Synchronmotor wechseln "S1" und DC-Motor-Schalter "S2" sind alle ab.
    1. Beachten Sie, dass zwar "S1" ist auf der Seite der Synchronmotor, dient zum verbinden/die "RL" Last über die DC-Maschinen-Terminals trennen.
    2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  2. Schließen Sie das Setup in Abb. 2 dargestellt und "R-L" auf 200 Ω.
  3. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  4. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  5. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
  6. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  7. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  8. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  9. Notieren Sie die Anker aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor und Feld Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
  10. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  11. Halten Sie das Blitzlicht auf in Schachtnähe und Messen Sie die anfänglichen Winkel δo.
    1. Um das Blitzlicht einzurichten, stecken Sie es in eine normale Steckdose und schalten Sie ihn ein.
    2. Mit dem groben Drehknopf einstellen der Lesegeschwindigkeit auf das Blitzlicht zu nahe genug, um 1.800 u/min, die synchrone Drehzahl 1 vierpolige 60 Hz Maschine. Synchrone Drehzahl errechnet sich in Runden pro Minute (u/min) n= 120 Xf/P wo f die Frequenz ist und P ist die Anzahl der Pole.
    3. Legen Sie das Blitzlicht die Motorwelle Kante stellen und einstellen Sie feine Drehknopf, bis die Welle stationäre erscheint. Das menschliche Auge ist betrogen, um zu sehen, die Welle als stationäre durch das Blitzlicht Frequenz (oder Geschwindigkeit lesen) entsprechen die Wellendrehzahl.
  12. Aktivieren Sie "S1" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ1.
  13. Schalten Sie "S2" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ2.
  14. Deaktivieren Sie "S2" und ändern Sie "RL", 100 Ω zu.
  15. Schalten Sie "S2" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ3.
  16. Schalten Sie die DC-Stromversorgung, Flip "Start/ausführen" wechseln Sie in die "Startposition" ausschalten "S1"und "S2" und dem VARIAC zurück auf 0 % gesetzt.
  17. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Figure 2
Abbildung 2 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkung der Belastung auf Drehmoment Winkel studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. Auswirkungen der Feldstrom auf Power Factor

In diesem Abschnitt untersucht einerseits der V-Kurve.

  1. Stellen Sie sicher die drei-Phasen-Trennung, Synchronmotor Schalter S1, und DC-Motor wechseln S2 sind alle ab.
  2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  3. Schließen Sie das Setup, siehe Abb. 3, die nur unterschiedlich Abb. 2 ist durch das Hinzufügen der Vorwiderstand für den Bereich "RF", und "R-L" auf 200 Ω.
  4. Stellen Sie "RF" auf 10 Ω. "RF" erfordert keine Messung für dieses Experiment, denn Ziel ist es, Feldstrom nur variieren.
  5. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  6. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  7. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser 115 V liest schnell zu erhöhen.
  8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  9. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  10. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  11. Für "RF" = 10, 6, 3 und 1, Aufzeichnen der Anker aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, Bereich Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
  12. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  13. "RF" auf 10 Ω zurückgesetzt.
  14. Aktivieren Sie "S1", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  15. Aktivieren Sie "S2", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  16. Deaktivieren Sie "S2" und ändern Sie "RL", 100 Ω zu.
  17. Aktivieren Sie "S2", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  18. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
  19. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter und trennen Sie das Setup.

Figure 3
Abbildung 3 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkungen einer Änderung der Feldstrom studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Synchron-Motoren sind ideal für Anwendungen erfordern ständige Rotor beschleunigen unabhängig von unterschiedlichen Wellenbelastung und sind fast allgegenwärtig in Kraftwerken für die Regulierung der Frequenz und Spannung. Synchronmaschinen bestehen aus einer inneren rotierenden Kern genannt Rotor und einen stationären Außenring genannt Stator. Das Magnetfeld des Rotors ist fest und ist mit Permanentmagneten oder eine DC-Stromquelle erzeugt. In drei Phasen-Synchron-Motoren mit Strom fließt an die Maschine Stator mit jeder Phase einen eigenen separaten Satz von Statorspulen verbunden. Dadurch entsteht ein separates rotierendes Magnetfeld, das die Schwingungen in der Zuleitung aktuellen entspricht. Der Stator und Rotor Magnetfelder sind gekoppelt oder gesperrt, wodurch des Rotors mit einer Geschwindigkeit genau das gleiche wie das Stator-Magnetfeld Drehrate Spin. Das übergeordnete Ziel dieses Video soll drei Phase Synchronmaschinen einführen, Protokolle für die Gründung und der Rotor und Stator magnetische Felder sperren zu demonstrieren und ein Protokoll für die Suche nach der Wirkung von Motorlasten auf Drehmoment Winkel zu veranschaulichen.

Um anfängliche Trägheit zu überwinden, bevor der Stator und Rotor Felder ausgerichtet sind, wird zunächst eine Drehstrom-Synchronmaschine als Asynchronmotor geführt. In diesem Verfahren induziert rotierendes Magnetfeld des Stators aktuelle in der Eichhörnchen-Käfigläufer, anschließend ein Magnetfeld um den Rotor zu schaffen und induzieren Drehung. Sobald die Maschinengeschwindigkeit Synchrondrehzahl nähert, wird eine Gleichspannung auf die Feldwicklung angewendet. Von diesem Zeitpunkt an steuert elektromagnetischen Anregung das Magnetfeld des Rotors. Mit dem Rotor Magnetfeld fixiert einsperren der Rotor und Stator Magnetfelder um Rotor-Stator Synchronismus zu erreichen. Infolgedessen der Synchronmotor Geschwindigkeit wird durch die Stator-Magnetfeld-Drehzahl gesteuert und ist unabhängig von der Last. Während Rotor Last keinen Einfluss auf die Rotordrehzahl in einem Synchronmotor, verursacht es der Rotor zieht hinter der Stator zieht leicht zurückgehen. Während der Motor mit synchroner Drehzahl laufen weiterhin, ist die eckige Verschiebung den Drehmoment-Winkel bezeichnet, bei geringeren Lasten kleinerer und größerer bei höheren Lasten. Da die mechanische Belastung zunimmt, erhöht Drehmoment Winkel bis der Winkel ist so hoch, dass der Rotor aus Synchronismus gezogen wird. Daher ist diese hohe mechanische Belastung über dem Grenzwert, der Motor verträgt, und nennt das Kippmoment. Nun, da Synchronmotoren eingeführt wurden, demonstrieren wir Ihnen Verfahren zur Inbetriebnahme, Synchronisation und Charakterisierung.

Testen Sie vor Beginn der Synchronmotor die DC-Netzteil verwendet, um den Rotor und Stator Magnetfelder zu sperren. Erstens Kurzschluss Niedrigstrom-DC-Netzteil und schalten Sie ihn ein. Reduziert den Strom auf die Lieferung, bis ein Punkt acht Ampere, dann schalten Sie die Stromversorgung und trennen Sie den Kurzschluss. Der DC-Test misst der Statorwicklungsanordnung Widerstand. Zuerst, Klemmen Sie die DC Versorgung über Ports eins und vier von der Synchronmotor, und schalten Sie die Stromversorgung. Dann, nehmen Sie die DC Spannung und Strom über diese Ports. Variieren Sie die Spannung, wie erforderlich, um eine Strombegrenzung ein Punkt acht Ampere erreichen. Zeichnen Sie die Spannung auf und dann schalten Sie die Stromversorgung. Wiederholen Sie die Spannungs- und Strommessungen über Ports, zwei und fünf, und dann für drei und sechs Ports beschrieben. Schließlich trennen der DC-Versorgung um den DC-Test abzuschließen.

Im nächsten Schritt des Protokolls die Synchronmaschine in Induktion motor Modus gestartet, und dann den Rotor und Stator Magnetfelder sind gesperrt. Prüfen Sie zunächst, dass die 3-Phasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter alle ausgeschaltet sind. Überprüfen Sie anschließend, dass die variac Null Prozent Ausgangsspannung eingestellt ist. Mit der Ausrüstung abgeschaltet Draht mit dem 3-Phasen-Ausgang der variac, und schließen Sie das Setup, wie gezeigt. Dann befestigen Sie ein kleines Stück Klebeband auf die Rotorwelle AC Synchronmaschine. Legen Sie abschließend fünf bis 100 A-Skalierung der digitale Power Meter aktuelle Sonde. Starten Sie nun den Motor durch das Gerät einschalten. Überprüfen Sie zunächst, dass der "Start-ausführen" Schalter in der Position "Start". Zweitens: der 3-Phasen-Trennschalter schalten. Drittens: schnell erhöht variac bis die digitale Leistungsmesser rund 115 Volt anzeigt. Diese Messungen entsprechen um eine, die Linie zu neutralen Phasenspannung und Strom phase, so dass die Leistungsmessung Faktor korrekt widerspiegelt die pro Phase Leistungsfaktor. Dann messen Sie das Drehmoment des Motors im Induktion-Modus. Zu guter Letzt messen Sie Motordrehzahl mit der Blitzlicht-Technik. Entnehmen Sie bitte der Wissenschaftsbildung video, "DC-Motoren" für weitere Informationen über diese Technik. Mit der Maschine gestartet und Ausgangsparameter gemessen, es ist bereit für die Synchronisierung. Schalten Sie zunächst die 125 Volt DC Stromversorgung. Dann umlegen Sie den "Start-ausführen" Schalter in die Position "Run". Achten Sie darauf, wie sich die Maschine Klang ändert. Da das Magnetfeld des Rotors auf dem Stator rotierende Magnetfeld sperrt, wird die Maschine Klang glatter. Mit Rotor und Stator Magnetfeldern gesperrt oder synchronisiert Messen der Ankerstrom und Spannung, Leistung und Leistungsfaktor. Dann messen Sie den Bereich Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige. Als nächstes messen Sie die mechanischen Eigenschaften, Drehmoment und Drehzahl. Zu guter Letzt die Geräte beginnend mit der DC-Stromversorgung ausschalten. Dann klappen Sie die "Start-ausführen" wechseln Sie in die "Startposition" und variac zurücksetzen auf Null Prozent ausgegeben. Schließlich schalten Sie den 3-Phasen-Trennschalter.

Wenn ein DC-Motor mechanisch mit der Synchronmaschine zu einer mechanischen Belastung gekoppelt ist, kann der Drehmoment-Winkel in der Synchronmotor durch den Shunt Feldstrom in den DC-Motor geändert werden. Dieses Protokoll untersucht das Verhältnis von motorischen Feld Last und Drehmoment Winkel. Schließen Sie mit das Gerät abgeschaltet das Set an, wie gezeigt, und des Shunt-Widerstands Last auf zwei Kilo Ohm. Jetzt macht die Geräte wie oben beschrieben. Notieren Sie die elektrischen und mechanischen Parameter wie zuvor. Nächste, Rekord Drehmoment Winkel mit dem Shunt-Feld geladen. Hierzu verwenden Sie die Strobe, die Welle der Synchronmotor visuell einzufrieren. Passen Sie die Strobe-Frequenz mit der "Kurs" Nob ca. 1800 u/min, die synchrone Drehzahl von vier ziehen 60 Hertz Maschine übereinstimmen. Dann, Ziel ist das Blitzlicht auf der Motorwelle stand, und "feine" Nob verstellen, bis die Welle zunächst stationär scheint, messen den Drehmoment-Winkel mit RL 200 Ohm und Schalter S1 und S2 aus. Wiederholen Sie die Winkelmessungen mit dem Shunt-Feld wie folgt geladen. Flip-S1 auf Messen Winkel Delta ein, dann einschalten S2 und Winkel Delta zwei messen. Schließlich schalten Sie S2, RL 300 Ohm zu ändern, und S2 wieder auf. Schließlich schalten Sie das Gerät wie zuvor beschrieben.

Die DC-Phase, die Widerstand aus dem DC geschätzt wurde test als das Verhältnis von Gleichspannung, Gleichstrom, wenn zwischen einem terminal Phase und Neutral angewendet. Widerstandswert zwischen den Phasen trägt dazu bei, Verluste in der Maschine und verursacht Spannungsabfall über den Anker. Der Bereich Widerstand wurde in ähnlicher Weise durch die Feldwicklung Gleichspannung zuweisen und Messung der Feldstrom gemessen. Feld-Widerstand steuert Feldstrom. Feld-Spannung kann mit einem festen Feld Widerstand Feldstrom variieren variiert werden. Schließlich wurde der Drehmoment-Winkel größer mit erhöhte mechanische Belastung durch Variation der Feldstrom Shunt in den DC-Motor modifiziert. Die wirkliche Macht der Maschine bezieht sich dann auf den Drehmoment-Winkel, wie gezeigt. Dies sagt uns, dass die Ausgangsleistung höchsten ist, wenn die Drehmoment-Winkel gleich Null ist.

Synchronmaschinen sind häufig in Anwendungen mit konstanter Geschwindigkeit auf den Motor Welle mit sehr engen Geschwindigkeit Regeln. Drei Phase Wunde Rotor synchron-Generatoren sind die wichtigste Quelle der elektrischen Energie weltweit. Um den Generator in einer Anlage an das Stromnetz anschließen, Ausgang drei Faktoren im Generator Spannungen der Raster, Umfang, Häufigkeit und Phasenfolge übereinstimmen müssen. Während automatische Synchronisierungen in der Regel in großen Kraftwerken genutzt werden, zeigt eine einfache Methode für die manuelle Synchronisierung in der Wissenschaftsbildung video, "AC synchron Maschine Synchronisation." Synchronmotoren werden häufig für einfache Geräte wie Kugelmühlen verwendet. Eine Kugelmühle ist ein Gerät, das verbindet und Materialien durch Drehen eines Zylinders mit kleinen Metallkugeln schleift. Die Auswirkungen der Kugeln schleift die Materialien innerhalb des Zylinders. Diese Schleifmaschinen werden häufig verwendet, um Materialien wie Farben zu mischen oder zu Materialien wie zum Beispiel Pflanze Getreide zu pulverisieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in AC Synchronmaschine Charakterisierung beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie AC Synchronmaschinen arbeiten wie Sie starten und das Gerät zu synchronisieren, und erkennen die Wirkung von Motorlasten auf Drehmoment Winkel. Danke fürs Zuschauen.

Results

Testen Sie der DC-Phase, die aus dem DC Widerstand geschätzt werden kann als das Verhältnis von Gleichspannung, Gleichstrom, wenn zwischen einem terminal Phase und Neutral angewendet. Feld-Widerstand kann in ähnlicher Weise durch die Feldwicklung Gleichspannung zuweisen und Messung der Feldstrom gemessen werden. Die synchrone Reaktanz (Xs), wieder e.m.f. der Maschine (EA), und seine damit verbundene Konstante kφ finden Sie bei der Messung der Wirkleistung (P3φ) in die Maschine: P 3 Φ = 3VφEAcos(δ) /Xs (abgesehen von den Stator Widerstand Rs) und grundlegende macht flow Gleichungen für die pro Phase Ersatzschaltbild (Abb. 4).

V-Kurven bestimmen den Leistungsfaktor der Maschine, wie von der Quelle (Grid) zu sehen. Die V-Kurven zeigen, dass die Maschine zur Verfügung stellen kann Blindleistung (führender Leistungsfaktor) unter bestimmten Bedingungen, und daher, wirkt wie ein Kondensator, die Spannungsstabilität Startplatz verbessern können. Wenn unter solchen Bedingungen in Betrieb, wird die Maschine "synchrone Kondensator." bezeichnet.

Figure 4
Abbildung 4 : Eine schematische Darstellung der pro Phase Ersatzschaltbild verwendet für die repräsentativen Ergebnisse.

Applications and Summary

Synchronmaschinen sind häufig in Anwendungen mit konstanter Geschwindigkeit auf den Motor Welle mit sehr engen Geschwindigkeit Regeln. Solche Anwendungen gehören elektrische Uhren und Festplatten, sondern erstrecken sich auf synchrone Kondensatoren, die Synchron-Motoren in die führende Kraft Faktor Region Blindleistung zu einer Belastung zu agieren. Leistungsfaktorkorrektur ist ein anderer Begriff mit synchronen Kondensator Anwendungen verwendet. Beachten Sie, dass die häufigste Synchronmotoren Permanentmagnet-Motoren sind die häufigste Synchrongeneratoren Schleifringläufer synchron-Generatoren.

1. DC Test

  1. Schalten Sie das Niederleistungs-DC Netzteil mit einem Kurzschluss an den Klemmen.
    1. Begrenzen Sie den Strom auf dem Niedrigstrom-DC-Netzteil auf 1,8 A.
    2. Schalten Sie die Versorgung und trennen Sie den Kurzschluss zu.
  2. Verbinden Sie die Anschlussklemmen über die Anschlüsse 1 und 4 der Synchronmotor.
    1. Schalten Sie die Stromversorgung und Messen Sie die DC Spannung und Strom zu. Variieren Sie die Spannung, je nach Bedarf, einen Strom von 1,8 A. zu erreichen
    2. Schalten Sie die Stromversorgung, dann wiederholen Sie die beiden vorherigen Schritte für Häfen 2 und 5 und 3 und 6.
  3. Trennen Sie das Niederleistungs-DC-Netzteil.

(2) Synchronmaschine Inbetriebnahme

  1. Stellen Sie sicher, dass alle die Dreiphasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter ausgeschaltet sind.
    1. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
    2. Verdrahten Sie die VARIAC mit Drehstrom-Steckdose und verbinden Sie das Setup in Abb. 1 dargestellt.
    3. Vergessen Sie nicht, legen die 1 bis 1000 Skalierung der digitale Power Meter aktuelle Sonde.
  2. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  3. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  4. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
  5. Messen Sie den Anker aktuelle ichAC1Anker Spannung VAC1, Wirkleistung und Leistungsfaktor.
  6. Denken Sie daran, dass die Phasenspannung (Linie, Neutral) und Phasenströme auf "a" sind phase gemessen wird, so dass Faktor Leistungsmessung auf den Leistungsmesser den Leistungsfaktor pro Phase korrekt reflektiert wird.
  7. Das Drehmoment und die Geschwindigkeit der Maschine zu messen.
  8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
    1. Drücken Sie die Taste "Start" und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  9. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run". Achten Sie darauf, wie sich die Maschine Klang ändert. Die Maschine Klang wird glatter als die Rotor Magnetfeld sperren den Stator rotierende Magnetfeld.
    1. Datensatz des Ankers aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, und der Bereich Spannung und Strom von Gleichstrom liefern Display.
    2. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  10. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
  11. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Figure 1
Abbildung 1 : Eine schematische Darstellung des das Setup zu starten der Synchronmotor. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

3. Auswirkungen der Belastung auf Drehmoment Winkel

  1. Stellen Sie sicher der Drehstrom-Trennschalter, Synchronmotor wechseln "S1" und DC-Motor-Schalter "S2" sind alle ab.
    1. Beachten Sie, dass zwar "S1" ist auf der Seite der Synchronmotor, dient zum verbinden/die "RL" Last über die DC-Maschinen-Terminals trennen.
    2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  2. Schließen Sie das Setup in Abb. 2 dargestellt und "R-L" auf 200 Ω.
  3. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  4. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  5. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser rund 115 V liest schnell zu erhöhen.
  6. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  7. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  8. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  9. Notieren Sie die Anker aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor und Feld Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
  10. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  11. Halten Sie das Blitzlicht auf in Schachtnähe und Messen Sie die anfänglichen Winkel δo.
    1. Um das Blitzlicht einzurichten, stecken Sie es in eine normale Steckdose und schalten Sie ihn ein.
    2. Mit dem groben Drehknopf einstellen der Lesegeschwindigkeit auf das Blitzlicht zu nahe genug, um 1.800 u/min, die synchrone Drehzahl 1 vierpolige 60 Hz Maschine. Synchrone Drehzahl errechnet sich in Runden pro Minute (u/min) n= 120 Xf/P wo f die Frequenz ist und P ist die Anzahl der Pole.
    3. Legen Sie das Blitzlicht die Motorwelle Kante stellen und einstellen Sie feine Drehknopf, bis die Welle stationäre erscheint. Das menschliche Auge ist betrogen, um zu sehen, die Welle als stationäre durch das Blitzlicht Frequenz (oder Geschwindigkeit lesen) entsprechen die Wellendrehzahl.
  12. Aktivieren Sie "S1" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ1.
  13. Schalten Sie "S2" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ2.
  14. Deaktivieren Sie "S2" und ändern Sie "RL", 100 Ω zu.
  15. Schalten Sie "S2" und wiederholen Sie die Schritte 3,9 bis 3.11, aber messen Sie den neuen Winkel δ3.
  16. Schalten Sie die DC-Stromversorgung, Flip "Start/ausführen" wechseln Sie in die "Startposition" ausschalten "S1"und "S2" und dem VARIAC zurück auf 0 % gesetzt.
  17. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.

Figure 2
Abbildung 2 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkung der Belastung auf Drehmoment Winkel studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. Auswirkungen der Feldstrom auf Power Factor

In diesem Abschnitt untersucht einerseits der V-Kurve.

  1. Stellen Sie sicher die drei-Phasen-Trennung, Synchronmotor Schalter S1, und DC-Motor wechseln S2 sind alle ab.
  2. Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
  3. Schließen Sie das Setup, siehe Abb. 3, die nur unterschiedlich Abb. 2 ist durch das Hinzufügen der Vorwiderstand für den Bereich "RF", und "R-L" auf 200 Ω.
  4. Stellen Sie "RF" auf 10 Ω. "RF" erfordert keine Messung für dieses Experiment, denn Ziel ist es, Feldstrom nur variieren.
  5. Überprüfen Sie, dass der "Start/ausführen" Schalter in der Position "Start".
  6. Der Drehstrom-Trennschalter einschalten.
  7. Die VARIAC ausgegeben, bis die digitale Leistungsmesser 115 V liest schnell zu erhöhen.
  8. Die 125 V DC Stromversorgung einschalten. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen von den Anschlussklemmen klar.
  9. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" Versorgung und der Ausgang des Netzteils auf 125 V festgelegt.
  10. Stellen Sie die "Start/ausführen"-Schalter in die Position "Run".
  11. Für "RF" = 10, 6, 3 und 1, Aufzeichnen der Anker aktuelle ichAC1, Anker Spannung VAC1, Wirkleistung, Leistungsfaktor, Bereich Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige.
  12. Messung und Aufzeichnung der Drehmoment und Drehzahl der Maschine.
  13. "RF" auf 10 Ω zurückgesetzt.
  14. Aktivieren Sie "S1", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  15. Aktivieren Sie "S2", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  16. Deaktivieren Sie "S2" und ändern Sie "RL", 100 Ω zu.
  17. Aktivieren Sie "S2", und wiederholen Sie die Schritte 4.11-4.13.
  18. Schalten Sie den DC-Netzteil, Flip "Start/ausführen" auf die "Start" Position wechseln und Satz der VARIAC zurück auf 0 %.
  19. Schalten Sie die Dreiphasen-Trennschalter und trennen Sie das Setup.

Figure 3
Abbildung 3 : Eine schematische Darstellung der Einrichtung, um die Auswirkungen einer Änderung der Feldstrom studieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Synchron-Motoren sind ideal für Anwendungen erfordern ständige Rotor beschleunigen unabhängig von unterschiedlichen Wellenbelastung und sind fast allgegenwärtig in Kraftwerken für die Regulierung der Frequenz und Spannung. Synchronmaschinen bestehen aus einer inneren rotierenden Kern genannt Rotor und einen stationären Außenring genannt Stator. Das Magnetfeld des Rotors ist fest und ist mit Permanentmagneten oder eine DC-Stromquelle erzeugt. In drei Phasen-Synchron-Motoren mit Strom fließt an die Maschine Stator mit jeder Phase einen eigenen separaten Satz von Statorspulen verbunden. Dadurch entsteht ein separates rotierendes Magnetfeld, das die Schwingungen in der Zuleitung aktuellen entspricht. Der Stator und Rotor Magnetfelder sind gekoppelt oder gesperrt, wodurch des Rotors mit einer Geschwindigkeit genau das gleiche wie das Stator-Magnetfeld Drehrate Spin. Das übergeordnete Ziel dieses Video soll drei Phase Synchronmaschinen einführen, Protokolle für die Gründung und der Rotor und Stator magnetische Felder sperren zu demonstrieren und ein Protokoll für die Suche nach der Wirkung von Motorlasten auf Drehmoment Winkel zu veranschaulichen.

Um anfängliche Trägheit zu überwinden, bevor der Stator und Rotor Felder ausgerichtet sind, wird zunächst eine Drehstrom-Synchronmaschine als Asynchronmotor geführt. In diesem Verfahren induziert rotierendes Magnetfeld des Stators aktuelle in der Eichhörnchen-Käfigläufer, anschließend ein Magnetfeld um den Rotor zu schaffen und induzieren Drehung. Sobald die Maschinengeschwindigkeit Synchrondrehzahl nähert, wird eine Gleichspannung auf die Feldwicklung angewendet. Von diesem Zeitpunkt an steuert elektromagnetischen Anregung das Magnetfeld des Rotors. Mit dem Rotor Magnetfeld fixiert einsperren der Rotor und Stator Magnetfelder um Rotor-Stator Synchronismus zu erreichen. Infolgedessen der Synchronmotor Geschwindigkeit wird durch die Stator-Magnetfeld-Drehzahl gesteuert und ist unabhängig von der Last. Während Rotor Last keinen Einfluss auf die Rotordrehzahl in einem Synchronmotor, verursacht es der Rotor zieht hinter der Stator zieht leicht zurückgehen. Während der Motor mit synchroner Drehzahl laufen weiterhin, ist die eckige Verschiebung den Drehmoment-Winkel bezeichnet, bei geringeren Lasten kleinerer und größerer bei höheren Lasten. Da die mechanische Belastung zunimmt, erhöht Drehmoment Winkel bis der Winkel ist so hoch, dass der Rotor aus Synchronismus gezogen wird. Daher ist diese hohe mechanische Belastung über dem Grenzwert, der Motor verträgt, und nennt das Kippmoment. Nun, da Synchronmotoren eingeführt wurden, demonstrieren wir Ihnen Verfahren zur Inbetriebnahme, Synchronisation und Charakterisierung.

Testen Sie vor Beginn der Synchronmotor die DC-Netzteil verwendet, um den Rotor und Stator Magnetfelder zu sperren. Erstens Kurzschluss Niedrigstrom-DC-Netzteil und schalten Sie ihn ein. Reduziert den Strom auf die Lieferung, bis ein Punkt acht Ampere, dann schalten Sie die Stromversorgung und trennen Sie den Kurzschluss. Der DC-Test misst der Statorwicklungsanordnung Widerstand. Zuerst, Klemmen Sie die DC Versorgung über Ports eins und vier von der Synchronmotor, und schalten Sie die Stromversorgung. Dann, nehmen Sie die DC Spannung und Strom über diese Ports. Variieren Sie die Spannung, wie erforderlich, um eine Strombegrenzung ein Punkt acht Ampere erreichen. Zeichnen Sie die Spannung auf und dann schalten Sie die Stromversorgung. Wiederholen Sie die Spannungs- und Strommessungen über Ports, zwei und fünf, und dann für drei und sechs Ports beschrieben. Schließlich trennen der DC-Versorgung um den DC-Test abzuschließen.

Im nächsten Schritt des Protokolls die Synchronmaschine in Induktion motor Modus gestartet, und dann den Rotor und Stator Magnetfelder sind gesperrt. Prüfen Sie zunächst, dass die 3-Phasen-Trennschalter, Synchronmotor Switch und DC-motor-Schalter alle ausgeschaltet sind. Überprüfen Sie anschließend, dass die variac Null Prozent Ausgangsspannung eingestellt ist. Mit der Ausrüstung abgeschaltet Draht mit dem 3-Phasen-Ausgang der variac, und schließen Sie das Setup, wie gezeigt. Dann befestigen Sie ein kleines Stück Klebeband auf die Rotorwelle AC Synchronmaschine. Legen Sie abschließend fünf bis 100 A-Skalierung der digitale Power Meter aktuelle Sonde. Starten Sie nun den Motor durch das Gerät einschalten. Überprüfen Sie zunächst, dass der "Start-ausführen" Schalter in der Position "Start". Zweitens: der 3-Phasen-Trennschalter schalten. Drittens: schnell erhöht variac bis die digitale Leistungsmesser rund 115 Volt anzeigt. Diese Messungen entsprechen um eine, die Linie zu neutralen Phasenspannung und Strom phase, so dass die Leistungsmessung Faktor korrekt widerspiegelt die pro Phase Leistungsfaktor. Dann messen Sie das Drehmoment des Motors im Induktion-Modus. Zu guter Letzt messen Sie Motordrehzahl mit der Blitzlicht-Technik. Entnehmen Sie bitte der Wissenschaftsbildung video, "DC-Motoren" für weitere Informationen über diese Technik. Mit der Maschine gestartet und Ausgangsparameter gemessen, es ist bereit für die Synchronisierung. Schalten Sie zunächst die 125 Volt DC Stromversorgung. Dann umlegen Sie den "Start-ausführen" Schalter in die Position "Run". Achten Sie darauf, wie sich die Maschine Klang ändert. Da das Magnetfeld des Rotors auf dem Stator rotierende Magnetfeld sperrt, wird die Maschine Klang glatter. Mit Rotor und Stator Magnetfeldern gesperrt oder synchronisiert Messen der Ankerstrom und Spannung, Leistung und Leistungsfaktor. Dann messen Sie den Bereich Spannung und Strom aus der DC Power Supply Anzeige. Als nächstes messen Sie die mechanischen Eigenschaften, Drehmoment und Drehzahl. Zu guter Letzt die Geräte beginnend mit der DC-Stromversorgung ausschalten. Dann klappen Sie die "Start-ausführen" wechseln Sie in die "Startposition" und variac zurücksetzen auf Null Prozent ausgegeben. Schließlich schalten Sie den 3-Phasen-Trennschalter.

Wenn ein DC-Motor mechanisch mit der Synchronmaschine zu einer mechanischen Belastung gekoppelt ist, kann der Drehmoment-Winkel in der Synchronmotor durch den Shunt Feldstrom in den DC-Motor geändert werden. Dieses Protokoll untersucht das Verhältnis von motorischen Feld Last und Drehmoment Winkel. Schließen Sie mit das Gerät abgeschaltet das Set an, wie gezeigt, und des Shunt-Widerstands Last auf zwei Kilo Ohm. Jetzt macht die Geräte wie oben beschrieben. Notieren Sie die elektrischen und mechanischen Parameter wie zuvor. Nächste, Rekord Drehmoment Winkel mit dem Shunt-Feld geladen. Hierzu verwenden Sie die Strobe, die Welle der Synchronmotor visuell einzufrieren. Passen Sie die Strobe-Frequenz mit der "Kurs" Nob ca. 1800 u/min, die synchrone Drehzahl von vier ziehen 60 Hertz Maschine übereinstimmen. Dann, Ziel ist das Blitzlicht auf der Motorwelle stand, und "feine" Nob verstellen, bis die Welle zunächst stationär scheint, messen den Drehmoment-Winkel mit RL 200 Ohm und Schalter S1 und S2 aus. Wiederholen Sie die Winkelmessungen mit dem Shunt-Feld wie folgt geladen. Flip-S1 auf Messen Winkel Delta ein, dann einschalten S2 und Winkel Delta zwei messen. Schließlich schalten Sie S2, RL 300 Ohm zu ändern, und S2 wieder auf. Schließlich schalten Sie das Gerät wie zuvor beschrieben.

Die DC-Phase, die Widerstand aus dem DC geschätzt wurde test als das Verhältnis von Gleichspannung, Gleichstrom, wenn zwischen einem terminal Phase und Neutral angewendet. Widerstandswert zwischen den Phasen trägt dazu bei, Verluste in der Maschine und verursacht Spannungsabfall über den Anker. Der Bereich Widerstand wurde in ähnlicher Weise durch die Feldwicklung Gleichspannung zuweisen und Messung der Feldstrom gemessen. Feld-Widerstand steuert Feldstrom. Feld-Spannung kann mit einem festen Feld Widerstand Feldstrom variieren variiert werden. Schließlich wurde der Drehmoment-Winkel größer mit erhöhte mechanische Belastung durch Variation der Feldstrom Shunt in den DC-Motor modifiziert. Die wirkliche Macht der Maschine bezieht sich dann auf den Drehmoment-Winkel, wie gezeigt. Dies sagt uns, dass die Ausgangsleistung höchsten ist, wenn die Drehmoment-Winkel gleich Null ist.

Synchronmaschinen sind häufig in Anwendungen mit konstanter Geschwindigkeit auf den Motor Welle mit sehr engen Geschwindigkeit Regeln. Drei Phase Wunde Rotor synchron-Generatoren sind die wichtigste Quelle der elektrischen Energie weltweit. Um den Generator in einer Anlage an das Stromnetz anschließen, Ausgang drei Faktoren im Generator Spannungen der Raster, Umfang, Häufigkeit und Phasenfolge übereinstimmen müssen. Während automatische Synchronisierungen in der Regel in großen Kraftwerken genutzt werden, zeigt eine einfache Methode für die manuelle Synchronisierung in der Wissenschaftsbildung video, "AC synchron Maschine Synchronisation." Synchronmotoren werden häufig für einfache Geräte wie Kugelmühlen verwendet. Eine Kugelmühle ist ein Gerät, das verbindet und Materialien durch Drehen eines Zylinders mit kleinen Metallkugeln schleift. Die Auswirkungen der Kugeln schleift die Materialien innerhalb des Zylinders. Diese Schleifmaschinen werden häufig verwendet, um Materialien wie Farben zu mischen oder zu Materialien wie zum Beispiel Pflanze Getreide zu pulverisieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in AC Synchronmaschine Charakterisierung beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie AC Synchronmaschinen arbeiten wie Sie starten und das Gerät zu synchronisieren, und erkennen die Wirkung von Motorlasten auf Drehmoment Winkel. Danke fürs Zuschauen.

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