實習項目交流同步電動機特性實驗

1、一.實習項目:溝通同步電動機特性實驗二.實習目的:(一)學習同步電動機之起動法.(二)認識同步電動機之相位特性(V 型曲線).(三)認識同步電動機負載變化時之輸入、輸出、功因及轉(zhuǎn)矩之變化特性.三.相關(guān)學問:(一)同步電動機之起動同步電動機,在靜止時,於定部繞阻加上一溝通電源,A 及 B時電流方向如圖一(a)所示,依據(jù)夫來明右手定則將產(chǎn)生一電磁轉(zhuǎn)矩 ,使導體向右移,但導體固定而使磁場向左移動.在另一半周時,線圈內(nèi)電流之方向轉(zhuǎn)變了如圖一 (b)所示,由於轉(zhuǎn)子之大轉(zhuǎn)動慣量 ,轉(zhuǎn)子來不及加速而使磁極之轉(zhuǎn)矩方向亦隨之轉(zhuǎn)變,故在一秒鐘內(nèi)正反轉(zhuǎn)矩各變動 60圖一若以某些方式,使轉(zhuǎn)部向順時鐘方向轉(zhuǎn)動,且其轉(zhuǎn)速

2、接近同步轉(zhuǎn)速時, 二所示電流方向轉(zhuǎn)變了,而轉(zhuǎn)A導體的亦向前移至 C導體而產(chǎn)生同一方向之轉(zhuǎn)矩.圖二起動同步電動機之步驟為藉外力或別的做用先將同步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到同步轉(zhuǎn)速附近.加直流激磁使轉(zhuǎn)部達到同步轉(zhuǎn)速 .使同步電動機起動,使轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速之方式有感應(yīng)起動法及輔助起動法兩種.感應(yīng)起動法-利用同步電動機轉(zhuǎn)部極面槽內(nèi)之鼠籠式結(jié)構(gòu)的阻尼繞阻,藉感應(yīng)電動機之原理,使轉(zhuǎn)部轉(zhuǎn)動,然後再藉轉(zhuǎn)部直流激磁所發(fā)生之同步化轉(zhuǎn)矩引入同步.輔助起動法,此法又可分為下列數(shù)種:在同部電動機軸上耦合一直流電動機:一般同步電動機是做為 驅(qū)動直流發(fā)電機,但為了達到同步,能夠先將直流發(fā)電機做為電動機以起動同步電動機,一但接近同步速率

3、時,將激磁電流送入同步電動機,而使電動機得以整步.把場激磁發(fā)電機當做直流電動機 :此法與(1)最大不同是激磁機(直流分機發(fā)電機)系作為電動機使用,和同步電動機及溝通電源同步.以裝於同一軸上之感應(yīng)電動機起動 :此種感應(yīng)電動機必需比起動電動機有較少極數(shù) (最好少兩極),因而有較高之同步速率,先將同步電動機升高至同步速率以上 .將溝通電流及直流電流同時加入電樞及磁場繞阻中藉以引入轉(zhuǎn)距,使同步電動機轉(zhuǎn)子達到同步速率.(二)變化激磁電流 I 時,電樞電流 I 及功因(cos)均隨之轉(zhuǎn)變其原理如下:fa當直流激磁電流增加至某值時,IV 同相,1,如圖三ap所示.若增加同步電動機之激磁電流,因其速率恒等於同

4、步速率,故其感應(yīng)之反電勢E 肯定升高,大gp於外施電壓V ,此種激磁法稱為過激.如圖三(b)所示,因V,E 增加,而E 為E 與V 之相量pgprgpp和,故E 向反時針方向移動.而電流I 與E 間之角度 87,故電流I 亦反時針方向移rara動,使得電樞電流 Ia較外施電壓 Vp越前角度, 故轉(zhuǎn)變激磁電流可轉(zhuǎn)變功因角。若降低同步電動機之激磁電流因其速率恒等於同步速率,故其感應(yīng)之電勢 Egp肯定降低而低於外施電壓 V,此種激磁方式稱為欠激。如圖三(c)所示,而 E 為 E 與 V 之和,V 肯定, 故 Eprgpppr向順時針方向移動,使電樞電流 I與 E 間之角肯定為 87 度故亦向反時針方

5、向移動, 使電樞電ar流I較外施電壓 V 滯後一角度。ap圖三由上可知在肯定之外施電壓及負載之下 ,若轉(zhuǎn)變其激磁電流,則可改善同步電動機之電樞IIV曲線。圖四中,af曲線 1、2、3 各表示無載、半載及滿時之 V 曲線(I-I。在極低激磁時,電樞電流大而相位f滯後激磁電流漸增,則電樞電流小,直至最低值時,若激磁電流繼續(xù)增,則電樞電流又開頭增 大, 并且相位越前。換言之, 即電流 I 由低值變成高值, 電動機由欠激變成過激當電樞電流fI 最小時之激磁稱為正激 ,cos=1,若激磁大於此值 (過激),此時電樞電流越前。反之滯a後。圖四之 1、2、3為表示各對 1、2、3 之功因變化曲線稱為倒 V

6、曲線。點線為各負載下之 V曲線之最小電樞電流值之軌跡在此點線上,cos=。圖四 (三)同步電動機之負載特性同步電動機之轉(zhuǎn)速乃由頻率及極數(shù)決定,故轉(zhuǎn)部只能以同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動。當負載變動時,其輸入、輸出、效率、功因及轉(zhuǎn)矩等均發(fā)生變化。圖五(a)、(b)、(c)分別 表示於正激、欠激及過激情況下,負載變化之影響。圖五由圖五可知曉(a)當負載增加時,不論欠激、正激或過激電樞電流增加,功率輸入增加。(b)當電動機過激或欠激情況下,由於負載之增加,其功率因數(shù)趨向於 1 且功因之轉(zhuǎn)變大於電樞電流之轉(zhuǎn)變。(c)馬達於正激情況下,由於負載之增加而使電樞電流增加大於功率因數(shù)之增加,且趨向於愈滯後。使用儀器及設(shè)備：(

7、一) 溝通同步電動機直流淌力計組r=0.26m(二) 溝通儀表裝置組單相瓦特表4000W電流表020A3.伏特表0400V4.讀表選擇開關(guān)(三) 直流儀表裝置組單相瓦特表4000W電流表020A3.伏特表0400V4.讀表選擇開關(guān)三段式(四) 三相溝通電源220V一臺(五) 直流電源0到110V(六) 轉(zhuǎn)速計一臺(七) 電子磅秤1只(八) 雙極雙投開關(guān)1 只五.電路圖：圖六六.實驗步驟：(一) 同步電動機起動如圖六之接線。NFB ON,調(diào)整 IVR,使其輸出為同步電動機之額定電壓值。3.S 向上接通(場繞組短路)此時 R 置於最大值,關(guān)閉(closed)S ,無載起2f11動同步電動機,S2向

8、下接通,D.C電流,使達到同步轉(zhuǎn)速(起初當作感應(yīng)電動機起動, 起動前所有儀表之電流線圈均要短接)(二) 相位特性實驗(負載不變，激磁電流轉(zhuǎn)變)1.如圖六之接線如圖上述 “ 起動法 “ 起動同步電動機, 維持外加電壓不變逐步增加同步電動機之激磁電流 If，一直至額定值的1.5倍分10段記錄Ia,If 及 cos(若激磁電流額定不知，則以電動機電樞電流為 1.25倍額定時之激磁電流為最大值)接通 S4調(diào)整 Rf2使 Vg之讀數(shù)為直流發(fā)電機之額定電壓,關(guān)閉(closed)S,調(diào)整同步電動機之電樞電流為最小且其值為 50%額定值。即調(diào)整發(fā)電機之負載 L,使發(fā)電機之負載約為電動機額定輸出之半值 求此時直

9、流發(fā)電機之輸出,維持癹電機輸出肯定不變 ; 轉(zhuǎn)變 If , 自額定激磁電流之 30%逐步增加150%為止 , If . Ia . cos4.之方式 , 加負載之額定值 , 求其相位特性。(三) 無載試驗無載起動同步電動機維持外加電壓不變 . 變化激磁電流 If 由最大值開頭至最小值,逐次記錄各儀表之指示,求出電動機之無載旋轉(zhuǎn)損失.(四)負載特性試驗(激磁電流不變，負載轉(zhuǎn)變) 1.如圖六之接線 .無載起動同步電動機 , 接通 S4 調(diào) Vg 為直流發(fā)電機之額定值 , 接通 S3 , 加負載於同步電動機 , 此時隨著輸出的增加 , 電樞電流增加 , 維持額定電壓不變 , 一面加負載 , 一面調(diào)整電

10、動機之可變電阻 , 使電樞電流為最小值(即 100%功因時之電樞電流) , 且此最小值為電動機之額定值 , 記If , 此為正常激磁維持此 I 值及外加電壓不變 , 加負載使電動機之輸出由零增至 1.25 倍額定值 , (利用動力計之外f加電壓轉(zhuǎn)變之)逐次記錄各儀表值 .調(diào)整激磁電流為步驟 2.I 之 1.5 倍 , 重復(fù)步驟 3.ff調(diào)整激磁電流為步驟 2.之 If七實習結(jié)果:之一半 , 重復(fù)步驟 3.次數(shù)項目IfIa無載W次數(shù)項目IfIa無載W1P = W+W12W2=瓦PQCosIfIa半載W1P = W+W12W2=瓦PQCosIfIa滿載W1P = W+W12W2=瓦PQCos以 I

11、f 為橫軸, Ia 為縱軸(2)以 If為橫軸, Cos為縱軸繪出V型特性曲線繪出倒V特性曲線次數(shù)(V)(A)(A)(A)次數(shù)(V)(A)(A)(A)W1W2Pf(A)(W)11234567項目VI1I3I=I +I /213輸入功率 P =W +W112(W)I旋轉(zhuǎn)損失P= P-3I2rm1a以 I 為橫軸, P 為縱軸繪出 I 與 P 之特性曲線frfr(三)負載特性n=rpm次數(shù)項目123456789101)正W常激1磁W2W (Kg)g正I=I正a1過激磁欠II+II常133激/2I激磁激a以磁計P=w +w12I=f算T(NT-m)以p 為值P橫o軸,ICosW1W2W (Kg)ga

12、1I=Ia1a、cos為縱軸分別繪出於正13過I+II激、13激3/2I過磁aI=計P=w +w激、12f算T(kgm)欠激值P情況oCos下之特性W曲線1八.W2W(Kg)著重g事I=I事a1I欠I+II133項:激/2Ia磁計P=w +w12I=A算當轉(zhuǎn)fT(kgm)值P子o開Cos始轉(zhuǎn)動直到接近同步轉(zhuǎn)速時 , 很明顯地在磁場繞阻上將感應(yīng)一高壓 ,此高壓很可能破壞轉(zhuǎn)子之絕緣 , 故須在同步電動機轉(zhuǎn)子接近同步轉(zhuǎn)速後 , 才使轉(zhuǎn)子繞阻通入直流電 .在無載或輕載情況下 , 接近同步轉(zhuǎn)速時 , 加入直流電源 , 轉(zhuǎn)速并未轉(zhuǎn)變 ,此乃轉(zhuǎn)子本身已進入同步 , 其同步轉(zhuǎn)矩來自轉(zhuǎn)矩 .另有一種現(xiàn)象即當接近

13、同步轉(zhuǎn)速之際 , 將磁場之激磁電流加入時 , 會產(chǎn)生一聲音 , 此乃因磁極之極性瞬間與定子旋轉(zhuǎn)磁場相同 , 因而引起氣隙磁通突然下降而降低應(yīng)電勢 , 降低轉(zhuǎn)矩 , 樞流增加 . 於是轉(zhuǎn)子退後一個磁極 , 然後才同步 , 線電流恢復(fù)正常 .未加直流激磁前的電樞電流太高,是因此時以組尼繞組啟動,具感應(yīng)機特性,而感應(yīng)機透過氣隙所需激磁電流甚大,故為正常現(xiàn)象.九.問題研討:(一)、選擇題1.()無載運轉(zhuǎn)之同步電動機加入負載時 (A)繼續(xù)以同步轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn) (B)瞬時速率下降,再保持某一負載角, 再以同步轉(zhuǎn)速繼續(xù)運轉(zhuǎn) (C)低於同步轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn) (D)旋轉(zhuǎn)速率遽降終至停止2.()同步電動機在啟動時, 磁場線圈中

14、 (A)不行加激磁電流 (B) 可加激磁電流 (C)可加激磁電流, 但電壓要低 (D)加與不加激磁電流無關(guān)3.()設(shè)電流原為滯後之同步電動機, 若漸增其磁場線圈中之電流, 則其功率因數(shù)將 (A)漸大 (B)漸小 (C)先增大後減小 (D)先減小後增大4.()同步電動機之直流激磁增減主要目的為 (A)速率調(diào)整 (B)功率調(diào)整 (C)起動轉(zhuǎn)矩調(diào)整 (D)頻率調(diào)整 (E)功因調(diào)整5.()同步電動機增加激磁電流時其速率 (A)升高 (B)降低 (C)不變 (D)不肯定6.()V 型曲線為(A) V Ia (B) V If (C) Ia If (D) P Ia 關(guān)系曲線7.()同步電動機欲當電容器使用時

15、, 應(yīng)(A)增加負載 (B)并聯(lián)電容器 (C)增加激磁(D)削減激磁 (E)削減負載8.()在同步電動機中電樞電流最小時之功由于(A) 100% (B) 50% (C) 0(D) 70.7%9.()供電系統(tǒng)頻率為50赫之12極同步電動機 , 其轉(zhuǎn)速為(A)1800rpm (B)1200rpm(C)500rpm (D)375rpm (E)1500rpm10.()同步電動機當負載削減時 (A)轉(zhuǎn)速減小轉(zhuǎn)矩角減小 (B)轉(zhuǎn)速不變轉(zhuǎn)矩角減小(C)轉(zhuǎn)速不變轉(zhuǎn)矩增加 (D)轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)矩角增加 (E)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩角均不變11.()設(shè)同步電動機之負載角為 e ,則其輸與 (A) sin e (B) cos e(

16、C) cot e (D) tan e(E) sec e 成正比12.( )同步機之電樞反應(yīng)將產(chǎn)生下 列何者結(jié)果? (A)電壓領(lǐng)前電流90使主磁極產(chǎn)生減磁作用 (B)電壓滯後電流90 使主磁極產(chǎn)生減磁作用 (C)電壓與電流相同使主磁極產(chǎn)生滅磁 (D)電壓滯後電流 90 使主磁極產(chǎn)生交磁 (E)以上皆非13.()同步電動機之 淚磁電流若 自最小漸增 , 則功率因數(shù)之變化為(A)漸增大(B)漸減小 (C)先減小而後增大 (D)先增大而後再漸減小 (E)不變14.()需要有雙層軸承的電動機是(A)三相感應(yīng)電動機 (B)溝通串激電動機 (C)推斥式電動機 (D)超同步電動機 (E)感應(yīng)同步電動機15.(

17、)同步電動機又稱為(A)回轉(zhuǎn)機械 (B)回轉(zhuǎn)整流器 (C)回轉(zhuǎn)電容器 (D)回轉(zhuǎn)電阻器(E)回轉(zhuǎn)電感器由于控制激磁電流可做無效功率的調(diào)整16.()同步電動機不行用於 (A)改善功率因數(shù) (B)調(diào)整速率 (C)調(diào)整線路電壓 (D)計時(E)擔任機械負載17.()三相1200kW,功由于0.6之電力系統(tǒng)為改善功率因數(shù)為0.9,則應(yīng)裝同步調(diào)相機 (A) 1019kVA (B) 897kVA (C) 9527.5kVA (D) 8475kVA (E)1200kVA18.( 100Hp 同步電動機之滿載轉(zhuǎn)矩為 (A)1188 (B)1425 (C)1543(D)1648 (E) 1816牛頓 -米19.

18、()當同步電機的磁場激磁較正常激磁為大,正在增加時,我們稱為過激, 此時其將(A)吸取滯後電流 ,電樞反應(yīng)為去磁效應(yīng) (B)吸取滯後電流,電樞反應(yīng)為加磁效應(yīng)(C)吸取越前電流 ,電樞反應(yīng)為去磁效應(yīng) (D)吸取越前電流 ,電樞反應(yīng)為加磁效應(yīng)(E)以上皆非20.()如欲同步電動機自線路上取超前電流 , 應(yīng)(A)加強激磁 (B)削減激磁(C)增加負載(D)使電動機空轉(zhuǎn) (E) 以上皆非21.()某 37500kVA ,11 kV ,2極 3600 rpm,功率因數(shù)75% 全負載效率96.2%的汽輪式發(fā)電機 其全負載時的損失有 (A)1111 kW (B)1481 kW (C)1425 kW (D)1250 kW22.()同步電動機之轉(zhuǎn)矩約與 (A)電壓成正比 (B)電壓平方成正比 (C)電壓成反比(D)電壓平方成反比 (E)電壓無關(guān)23.()在何種電動機中 , 磁阻轉(zhuǎn)矩 , 對電機之運轉(zhuǎn)具有重要的影響 ? (A)分激宜流電動機