AC 동기식 장치 동기화

동기 기계는 AC 유도 기계에 도입 된 동일한 회전 자기장 개념에 의존합니다. 기계의 스테이터에서 흐르는 3상 전류는 원하는 주파수에서 일정한 크기의 회전 자기장을 생성합니다. 동기와 비동기 기계의 차이점은 후자가 로터 측에 권선 또는 "다람쥐 케이지"를 단락시켰으며 동기 기계는 로터 측에 고정 된 자기장을 가지고 있다는 것입니다. 이 자기장은 흥분기 또는 영구 자석에 의해 제공됩니다. 영구 자석 동기 기계는 높은 효율과 컴팩트한 크기로 인해 일반화되고 있지만 일반적으로 전략적 재료 가용성 관점에서 바람직하지 않은 희토류 재료를 사용합니다. 용어 동기는 stator에서 독립적 인 로터 자기장이 회전 자기장에 고정되어 고정기의 회전 자기장과 동일한 속도 (또는 동기 속도)로 회전하기 때문에 사용됩니다.

흥분기는 발전기에 대한 DC 필드를 제공하며 브러시 또는 브러시리스가 될 수 있습니다. 이 데모에서 활용되는 설정은 내부 브러시 및 슬립 링을 통해 동기 기계의 로터 권선 (필드)에 DC가 적용되는 브러시 엑시터입니다. 영구 자석 여기도 가능하지만이 실험의 범위를 넘어.

한 공장에서 발전기를 전기 그리드에 연결하려면 발전기 출력 전압의 세 가지 요인이 그리드의 크기, 주파수 및 위상 서열과 일치해야 합니다. 자동 동기화제는 일반적으로 대형 발전소에서 사용되지만 수동 동기화를 위해 이 비디오에서 간단한 방법이 사용됩니다. 이 방법은 "3램프 방법"입니다. 이 방법은 램프에 의해 보이는 차동량이 0인 일치하는 전압으로 인해 모든 램프가 꺼지면 발전기 측과 동일한 크기, 주파수 및 위상 시퀀스의 그리드 측에 3상이 있는 육안 검사를 제공한다.

동기화 후 발전기가 그리드에 연결되면 그리드가 그리드에 최소한의 영향을 미치는 "무한 버스"처럼 작동하기 때문에 이 데모에서는 속도 제어가 더 이상 필요하지 않습니다. 따라서 발전기의 주파수와 전압은 그리드 측의 주파수와 전압과 정확히 동일합니다. 그러나 프라임 무버의 일부 효과는 여전히 있습니다 : 주요 이동이 발전기 속도를 높이려고하면 발전기 속도가 변하지 않고 발전기가 그리드에서 더 많은 전력을 생성합니다. 예를 들어, 발전기가 이상하다고 가정하면 속도를 증가시켜 입력 기계전력을 효과적으로 증가하지만, 속도가 고정되기 때문에 입력 토크가 증가하여 발전기의 출력 전력이 증가한다. 그러나 프라임 무버가 발전기속도를 늦추려고 하면 토크가 감소하고, 어느 시점에서 는 표지판을 역전시켜 동력 흐름이 반전될 때까지 발전기의 출력 전력을 감소시키고 모터처럼 작동합니다.

1. 프라임 무버 초기화

이 실험의 프라임 무버는 발전기 로터(field)를 회전하는 모터로 작동하는 동력계입니다.

1. 3상 분리 스위치, 동기모터 스위치 및 DC 모터 스위치가 모두 꺼져 있는지 확인합니다.
2. VARIAC가 0%에 있는지 확인합니다.
3. VARIAC를 3상 출구에 연결하고 도 1에 표시된 설정을 연결합니다.
   1. 동기 기계 측의 3상 스위치를 "S_1"으로사용합니다.
   2. "S_1"과3램프 설정이 병렬로 설정됩니다.
   3. 또한 디지털 파워 미터 프로브의 극성에 유의하십시오.
   4. "시작/실행" 스위치가 "시작" 위치에 있는지 확인합니다.
4. "R_F"를최대 저항으로 설정합니다.
5. VARIAC를 0%로 두고 "S_1"을벗어남깁니다.
6. 3단계 연결 해제 스위치를 켭니다.
   1. 고전압 DC 전원 공급 장치를 켭니다.
   2. 모든 연결이 공급 터미널에서 명확한지 확인합니다.
   3. 공급의 "V/I DIS" 버튼을 눌러 전압 및 현재 작동 지점을 표시합니다. 전압 노브를 15V로 조정합니다.
   4. DC 공급 패널에서 "시작"을 누릅니다. 동력계는 DC 공급에서 가져온 큰 일시적인 전류가 있어야 합니다. "OCT" 표시등이 켜지면 오버 전류 제한을 늘립니다.
7. 기계가 천천히 회전해야 합니다.
   1. DC 공급 출력 전압을 약 160V로 늘립니다.
   2. 샤프트 회전 속도를 측정합니다.
   3. 1800 RPM 회전 속도를 달성하기 위해 공급 전압을 조정합니다.
   4. 공급 디스플레이에 DC 전류 및 전압을 기록합니다.
8. 설정을 그대로 두고 장비를 끄지 마십시오.

그림 1: 3상 동기 생성기 실험에 대한 회로도 설정.

2. 동기화기 와 그리드 동기화

1. 동기 컴퓨터 측의 시작/실행 스위치를 "실행"으로 전환합니다. 이제 세 개의 램프가 켜집니다.
   1. "R_F"와공급 전압을 반복적으로 조정하여 V_G=120 V를 달성하고 디지털 파워 미터에서 V_G의 주파수를 60Hz로 조정합니다.
   2. V_AC1=120 V를 달성하기 위해 VARIAC 출력을 약간 증가시다.
2. 이 단계에서 그리드는 60Hz의 주파수에서 120 V를 제공합니다.
   1. 두 전원 미터에서 전압, 전류 및 전력 측정값을 기록합니다. 미터의 숫자 앞에 있는 +/- 표지판을 무시하지 마십시오.
3. 램프는 조명 패턴을 변경해야 합니다.
   1. 램프가 모두 동시에 밝고 어두워지면 발전기와 그리드는 동일한 위상 시퀀스를 갖습니다. 사용 시퀀스에 대해 a-b-c라고 부릅니다.
   2. 램프가 크리스마스 트리 조명과 같이 순환하는 경우 발전기와 그리드에는 서로 다른 위상 시퀀스가 있으며 하나는 a-b-c이고 다른 하나는 램프 집합에 걸쳐 a-c-b입니다.
      1. 이 경우 VARIAC를 0%로 다시 설정합니다.
      2. 전원 공급 장치 패널에서 "중지"를 누릅니다.
      3. DC 전압 설정을 다시 15V로 줄입니다.
      4. VARIAC 측에서 "b" 및 "c"를 전환합니다.
      5. 2.1 단계에서 시작하여 위의 모든 단계를 반복합니다.
4. 이 단계에서는 빠른 작업이 필요합니다. 모든 조명이 꺼져 있는 즉시 "S_1"을켭니다. "S_1"은이제 터미널을 가로 질러 단락 역할을하기 때문에 조명은 모두 꺼져 있어야합니다.
5. 이제 생성기가 그리드와 동기화됩니다. 두 전원 미터에서 전압, 전류 및 전력 측정값을 기록합니다. 표지판을 무시하지 마십시오.
6. 설정을 그대로 둡니다.

3. 필드 전류 변동의 효과

1. 최대 위치에서 최소 위치로 약 5단계로 "R_F"를조정하고 각 단계에 대해 다음을 기록합니다: 샤프트 속도; 샤프트 토크 및 기호; 두 전원 미터의 전압, 전류 및 전력 측정값; DC 공급에 대한 전압 및 전류 판독값입니다.
2. 이 "R_F"변형은 모든 전원 판독값에 대해 동일한 기호를 제공합니다.
   1. DC 공급 량을 약간 조정하여 동기 기계에서/로 의 역전력 흐름을 달성합니다.
   2. 음의 힘은 기계가 전력을 생성하고 있음을 의미합니다.
3. 3.5A의 공급 디스플레이에서 총 DC 전류를 초과하지 않고 5단계로 DC 전원 공급 전압을 조정하십시오. 샤프트 토크 및 기호; 두 전원 미터의 전압, 전류 및 전력 측정값; DC 공급에 대한 전압 및 전류 판독값입니다.
4. 설정을 그대로 유지합니다.

4. 설정 분해

설정을 분해하기 전에 다음 시퀀스를 따라야 합니다.

1. VARIAC를 0%로 다시 켭니다.
2. "중지"를 눌러 전원 공급 장치 출력을 끕니다.
3. 기계가 회전을 중지하면 "시작/실행" 스위치를 "시작" 위치로 전환하고 "S_1"을끕니다.
4. 3단계 연결 해제 스위치를 끕니다.
5. 설정을 분해합니다.

동기 기계는 4 개의 극(P)을가지고 주파수 f= 60 Hz에서 작동하기 때문에 프라임 무버의 원하는 속도는 1,800 RPM으로 설정되어 있으며, 따라서 동기 속도는 120f/P= 1,800 RPM입니다.

동기 기계(발전기)를 그리드에 동기화할 때 기계의 프라임 무버는 회전을 제공하지만 기계 로터의 자기장을 제공해야 합니다. 이는 로터 코일을 공급하고 로터 자기장을 구축하는 DC 전원 공급 장치를 사용하여 달성됩니다. AC 전압은 로터상에 회전하는 DC 자기장에 의해 stator 측에 유도되고, 로터 자기장의 강도는 DC 전원 공급 장치에 의해 설정된다. STATor 측 AC 출력 전압을 점진적으로 증가시키기 위해 DC 전원 공급 장치가 천천히 증가합니다.

원하는 AC 전압이 달성되면 램프가 순환됩니다. 위상 "a"를 예로 들면, 그리드 측 전압이 120 V = 170 /sqrt (2) 및 60 Hz (2π * 60 rad/s)의 RMS 전압을 가지고 있는 170cos (120πt) V라고 가정합니다. 기계의 위상 "a"가 170cos(120πt) V에 도달하면 램프 단자 전체의 전압이 0이되고 램프가 꺼집니다. 그러나 동일한 단계에서 두 전압을 모두 갖는 것은 매우 어렵고, 기계의 전압은 φ 영하 의 위상 차이인 170cos(120πt + φ) V일 가능성이 높습니다. 전압 크기를 조정하여, DC 로터 필드를 사용하여, 및 주파수, 프라임 무버의 속도를 사용하여, 기계의 각 위상과 해당 그리드 측 전압의 전압은 경미한 전압 및 주파수 장애로 인해 일치해야합니다.

그리드에서 a-b-c의 위상 시퀀스가 기계에서 다른 시퀀스 a-c-b와 충족되면 램프를 가로지르는 전압이 동시에 세 단계 모두에 0까지 추가되지 않도록 순환합니다.

전원 판독값이 그리드로 전력 흐름을 표시하고 기계로 유입될 때 기계가 발전기로 작동합니다. 이것은 파워 미터에 유의 할 수있다.

동기 발전기는 전 세계 발전소에서 전력 생산의 중추입니다. 발전기를 그리드에 동기화하는 것은 표준 관행이 되었으며 일반적으로 발전기의 위상 시퀀스, 전압 크기 및 주파수를 그리드에 일치시켜 자동화됩니다. 로터 자기장을 이용한 전압 제어는 "흥분기"를 사용하여 달성되며, 터빈 또는 프라임 무버의 속도 제어를 사용하여 주파수 제어가 달성되어 증기, 바람, 물 또는 기타 유체를 사용하여 회전을 제공합니다. 주파수 제어는 일반적으로 "주지사"를 사용하여 수행됩니다.