实习项目交流同步电动机特性实验

電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：1一.實習項目:交流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)瞭解同步電動機之相位特性(V型曲線).(三)瞭解同步電動機負載變化時之輸入、輸出、功因及轉矩之變化特性.三.相關知識:(一)同步電動機之起動同步電動機,在靜止時,於定部繞阻加上一交流電源,則電樞線圈邊A及B之瞬時電流方向如圖一(a)所示,根據夫來明右手定則將產生一電磁轉矩,使導體向右移,但導體固定而使磁場向左移動.在另一半週時,線圈內電流之方向改變了如圖一(b)所示,由於轉子之大轉動慣量,轉子來不及加速而使磁極之轉矩方向亦隨之改變,故在一秒鐘內正反轉矩各變動60次合成轉矩零圖一若以某些方法,使轉部向順時鐘方向轉動,且其轉速接近同步轉速時,二所示電流方向改變了,而轉部磁極原來在A導體的亦向前移至C導體而產生同一方向之轉矩.圖二電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：2起動同步電動機之步驟為(1)藉外力或別的做用先將同步電動機轉子轉到同步轉速附近.(2)加直流激磁使轉部達到同步轉速.使同步電動機起動,使轉速接近同步轉速之方法有感應起動法及輔助起動法兩種.1.感應起動法-利用同步電動機轉部極面槽內之鼠籠式結構的阻尼繞阻,藉感應電動機之原理,使轉部轉動,然後再藉轉部直流激磁所發生之同步化轉矩引入同步.2.輔助起動法,此法又可分為下列數種:(1)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動直流發電機,但為了達到同步,可以先將直流發電機做為電動機以起動同步電動機,一但接近同步速率時,將激磁電流送入同步電動機,而使電動機得以整步.(2)把場激磁發電機當做直流電動機:此法與(1)最大不同是激磁機(直流分機發電機)係作為電動機使用,和同步電動機及交流電源同步.(3)以裝於同一軸上之感應電動機起動:此種感應電動機必須比起動電動機有較少極數(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.將交流電流及直流電流同時加入電樞及磁場繞阻中藉以引入轉距,使同步電動機轉子達到同步速率.(二)變化激磁電流If時,電樞電流Ia及功因(cosψ)均隨之改變其原理如下:1.當直流激磁電流增加至某值時,使電樞電流Ia與外施電壓Vp同相,功因為1此法稱為正激,如圖三(a)所示.3.若增加同步電動機之激磁電流,因其速率恒等於同步速率,故其感應之反電勢Egp一定升高,大於外施電壓Vp,此種激磁法稱為過激.如圖三(b)所示,因V一定,Egp增加,而Er為Egp與Vp之相量和,故Er向反時針方向移動.而電流Ia與Er間之角度87度是一常數,故電流Ia亦反時針方向移動,使得電樞電流Ia較外施電壓Vp越前θ角度,故改變激磁電流可改變功因角。4.若降低同步電動機之激磁電流,因其速率恆等於同步速率,故其感應之電勢Egp一定降低而低於外施電壓Vp,此種激磁方法稱為欠激。如圖三(c)所示,而Er為Egp與Vp之和,Vp一定,故Er向順時針方向移動,使電樞電流Ia與Er間之角一定為87度故亦向反時針方向移動,使電樞電流Ia較外施電壓Vp滯後一角度。電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：3圖三由上可知在一定之外施電壓及負載之下,若改變其激磁電流,則可改善同步電動機之電樞電流及相位。在負載一定時,電樞電流Ia與激磁電流If之關係曲線,略成V曲線。圖四中,曲線1、2、3各表示無載、半載及滿時之V曲線(I-If)。在極低激磁時,電樞電流大而相位滯後激磁電流漸增,則電樞電流小,直至最低值時,若激磁電流繼續增,則電樞電流又開始增大,並且相位越前。換言之,即電流If由低值變成高值,電動機由欠激變成過激當電樞電流Ia最小時之激磁稱為正激,cosθ=1,若激磁大於此值(過激),此時電樞電流越前。反之滯後。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,cosθ=1。圖四V曲線及倒V曲線(三)同步電動機之負載特性同步電動機之轉速乃由頻率及極數決定,故轉部只能以同步轉速、轉動。當負載變動時,其輸入、輸出、效率、功因及轉矩等均發生變化。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。電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：4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,其功率因數趨向於1且功因之改變大於電樞電流之改變。(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之增加,且趨向於愈滯後。三.使用儀器及設備：(一)交流同步電動機─直流動力計組r=0.26m一台(二)交流儀表裝置組1.單相瓦特表4000W2.電流表0~20A3.伏特表0~400V4.讀表選擇開關三段式(三)直流儀表裝置組1.單相瓦特表4000W2.電流表0~20A3.伏特表0~400V4.讀表選擇開關三段式(四)三相交流電源220V一台(五)直流電源0到110V4A(六)轉速計一台(七)電子磅秤1只(八)雙極雙投開關1只電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：5五.電路圖：圖六六.實驗步驟：(一)同步電動機起動1.如圖六之接線。2.NFBON,調整IVR,使其輸出為同步電動機之額定電壓值。3.S2向上接通(場繞組短路)此時Rf1置於最大值,關閉(closed)S1,無載起動同步電動機,約至額定轉速附近時S2向下接通,接入D.C電源加激磁電流,使達到同步轉速(起初當作感應電動機起動,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，激磁電流改變)1.如圖六之接線2.如圖上述“起動法“起動同步電動機,維持外加電壓不變3.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cosψ(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)4.接通S4,調整Rf2,使Vg之讀數為直流發電機之額定電壓,關閉(closed)S3,調節同步電動機之電樞電流為最小且其值為50%額定值。[即調整發電機之負載L,使發電機之負載約為電動機額定輸出之半值]求此時直流發電機之輸出,維持癹電機輸出一定不變;改變If,自額定激磁電流之30%逐步增加到額定電流之150%為止,分段記錄If.Ia.cosψ5.如4.之方法,加負載之額定值,求其相位特性。電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：6(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由最大值開始至最小值,逐次記錄各儀表之指示,求出電動機之無載旋轉損失.(四)負載特性試驗(激磁電流不變，負載改變)1.如圖六之接線.2.無載起動同步電動機,接通S4調Vg為直流發電機之額定值,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,一面調節電動機之可變電阻,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,記錄此時之If,此為正常激磁3.維持此If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,(利用動力計之外加電壓改變之)逐次記錄各儀表值.4.調整激磁電流為步驟2.之If之1.5倍,重複步驟3.5.調整激磁電流為步驟2.之If之一半,重複步驟3.七.實習結果:(一)相位特性n=___________rpm次數項目1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.無載P=W1+W2=瓦IfIaW1W2PQCosθ半載P=W1+W2=瓦IfIaW1W2PQCosθ滿載P=W1+W2=瓦IfIaW1W2PQCosθ電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：7(1)以If為橫軸,Ia為縱軸(2)以If為橫軸,Cosθ為縱軸繪出V型特性曲線繪出倒V特性曲線(二)無載特性項目次數V(V)I1(A)I3(A)I=I1+I3/2(A)輸入功率P1=W1+W2(W)If(A)旋轉損失Pm=P1-3I2×ra(W)W1W2P11234567以If為橫軸,Pr為縱軸繪出If與Pr之特性曲線電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：8(三)負載特性n=___________rpm次數項目12345678910正常激磁If=__AW1W2Wg(Kg)Ia=I1+I3/2I1I3Ia計算值P=w1+w2T(NT-m)PoCosθη過激磁If=__AW1W2Wg(Kg)Ia=I1+I3/2I1I3Ia計算值P=w1+w2T(kgm)PoCosθη欠激磁If=__AW1W2Wg(Kg)Ia=I1+I3/2I1I3Ia計算值P=w1+w2T(kgm)PoCosθη電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：9(1)正常激磁(2)過激磁(3)欠激磁以上是以p為橫軸,Ia、cosθ為縱軸分別繪出於正激、過激、欠激情況下之特性曲線八.注意事項:1.當轉子開始轉動直到接近同步轉速時,很明顯地在磁場繞阻上將感應一高壓,此高壓很可能破壞轉子之絕緣,故須在同步電動機轉子接近同步轉速後,才使轉子繞阻通入直流電.2.在無載或輕載情況下,接近同步轉速時,加入直流電源,轉速並未改變,此乃轉子本身已進入同步,其同步轉矩來自轉矩.另有一種現象即當接近同步轉速之際,將磁場之激磁電流加入時,會產生一聲音,此乃因磁極之極性瞬間與定子旋轉磁場相同,因而引起氣隙磁通突然下降而降低應電勢,降低轉矩,樞流增加.於是轉子退後一個磁極,然後才同步,線電流恢復正常.3.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,具感應機特性,而感應機透過氣隙所需激磁電流甚大,故為正常現象.電機機械實習實習報告第次實習繳交日期：同組同學座號：全部共頁班別：電三組別：座號：姓名：10九.問題研討:(一)、選擇題1.()無載運轉之同步電動機加入負載時(A)繼續以同步轉速運轉(B)瞬時速率下降,再保持某一負載角,再以同步轉速繼續運轉(C)低於同步轉速運轉(D)旋轉速率遽降終至停止2.()同步電動機在啟動時,磁場線圈中(A)不可加激磁電流(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3.()設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)速率調整(B)功率調整(C)起動轉矩調整(D)頻率調整(E)功因調整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)不一定6.()同步電動機之V型曲線為(A)V–Ia(B)V–If(C)Ia–If(D)P–Ia關係曲線7.()同步電動機欲當電容器使用時,應(A)增加負載(B)並聯電容器(C)增加激磁(D)減少激磁(E)減少負載8.()在同步電動機中,電樞電流最小時之功因為(A)100%(B)50%(C)0(D)70.7%9.()供電系統頻率為50赫之12極同步電動機,其轉速為(A)1800rpm(B)1200rpm(C)500rpm(D)375rpm(E)1500rpm10.()同步電動機當負載減少時(A)轉速減小轉矩角減小(B)轉速不變轉矩角減小(C)轉速不變轉矩增加(D)轉速增加轉矩角增加(E)轉速、轉矩角均不變11.()設同步電動機之負載角為ð,則其輸與(A)sinð(B)cosð(C)cotð(D)tanð(E)secð成正比12.()同步機之電樞反應將產生下列何者結果?(A)電壓領前電流90°使主磁極產生減磁作用(B)電壓滯後電流90°使主磁極產生