再生能源电机转换技术

再生能源電機轉換技術感應發電機之介紹教育部「再生能源計畫」編號09681201-13-01對稱三相繞組感應電機外觀接法介紹通常採取Y接接法代表作為發電機用途。採用Δ接則代表電動機用途。對稱三相繞組感應電機的主要架構主要分為定子及轉子兩部分。定子的結構與同步電機的定子相似，中間空心部分放置轉子，定子的鐵心內槽裝有對稱三相繞組線圈，對稱三相繞組表示其各相繞組各相差120°的電器角位置。定子轉子主要架構介紹定子側電源電壓藉由線圈匝數比及轉速的關係，感應至轉子側。若將轉子側繞組的線頭短路，則產生電流、磁場。定子轉子基本原理感應電機是應用感應原理，與變壓器的原理類似。將定子側電源電壓藉由線圈匝數比及轉速的關係，感應至轉子側，若將轉子側繞組的線頭短路，則產生電流、磁場。定子側及轉子側的磁場相互吸斥，而產生旋轉轉矩，帶動機械負載。由此可知，轉子側繞組自行短路，不需加以額外電源。感應電機每相等效電路右圖為感應電機定子側和轉子側的等效電路。V1R1jX1RcjXmI1+-+-N1N2jX2R2/SI2感應電機每相等效電路V1R1jX1RcjXmI1+-+-N1N2jX2R2/SI2定子側轉子側等效至定子側的感應電機穩態每相等效電路右圖為感應電機定子側的等效電路。V1R1jX1jX2RcjXmR2/sI1I2等效至定子側的感應電機穩態每相等效電路V1R1jX1jX2RcjXmR2/sI1I2定子側相關原理和方程式三相對稱(Symmetrical)感應電動機在定子側繞組加入三相平衡電源，則感應電動機的氣隙磁場將會旋轉，則所謂同步旋轉磁場。此旋轉磁場對定子的實際轉速為：esynfpN120esynp2其中Nsyn及ωsyn皆表示轉速，其單位分別為轉/分及弳/秒，fe及ωe為感應電動機的電源輸入頻率(Hz)或角頻率(弳/秒)，P表示感應電機的極數。感應電機特性曲線右圖為感應電機的特性曲線。此處主要說明的地方是電動機區域和發電機區域。電動機和發電機轉換的臨界點主要在轉速1800rpm(1pu)。感應電機特性曲線1800rpm以三相四極的機組而言，轉速為1800rpm。感應電機之功率流程圖右圖為功率流程圖，運轉時會隨著箭頭的行進，而有各式功率的損失。PAG氣隙功率Pconv轉換功率PSCL定子銅損Pcore鐵芯損失PRCL轉子銅損Pfriction摩擦和風損Pstray雜散損失感應電機之功率流程圖運轉時，會隨著箭頭的行進，而有各式功率的損失。軟體模擬（SimPowerSystem）右圖為感應發電機的軟體模擬。主要觀察由感應電機由電動機轉為發電機模式時，轉速的變化。軟體模擬（SimPowerSystem）電動機轉換為發電機的開關1s時轉換。模擬結果一開始為電動機模式(1800rpm)在第1秒時，切換為發電機模式，轉速直線上升，超過1800rpm模擬結果電動機模式發電機模式實驗（Lab-Volt）實驗器材：電源供應器X1同步電機X1原動機X1皮帶X1功率計X1實驗步驟1.外加電源接上原動機。2.外加電源接功率計。3.感應電機採用Y接型式。4.此時原動機為動力機模式(負載狀態)。5.動力機轉為原動機模式。6.轉速超過1800轉時,電動機轉換成發電機模式。7.實驗結束。實驗（Lab-Volt）感應發電機的實際操作，已錄製成影片，請至我們的網站欣賞。