实习项目交流同步电动机特性试验

1、欢迎共阅.实习项目：交流同步电动机特性实验2 .实习目的：（1） 学习同步电动机之起动法.（2） 了解同步电动机之相位特性（V型曲线）.（3） 了解同步电动机负载变化时之输入、输出、功因及转矩之变化特性 .3 .相关知识：（一）同步电动机之起动同步电动机，在静止时，於定部绕阻加上一交流电源，则电枢线圈边A及B之瞬时电流方向如图一（a）所示，根据夫来明右手定则将产生一电磁转矩，使导体向右移，但 导体固定而使磁场向左移动.在另一半周时，线圈内电流之方向改变了如图一 （b）所示， 由於转子之大转动惯量，转子来不及加速而使磁极之转矩方向亦随之改变，故在一秒钟 内正反转矩各变动60次合成转矩零图一若以某

2、些方法，使转部向顺时钟方向转动，且其转速接近同步转速时，二所示电流方 向改变了，而转部磁极原来在A导体的亦向前移至C导体而产生同一方向之转矩.图二起动同步电动机之步骤为（1）藉外力或别的做用先将同步电动机转子转到同步转速附近.（2）加直流激磁使转部达到同步转速.使同步电动机起动，使转速接近同步转速之 方法有感应起动法及辅助起动法两种.1 .感应起动法-利用同步电动机转部极面槽内之鼠笼式结构的阻尼绕阻，藉感应电动机之原理，使转部转动，然彳爰再藉转部直流激磁所发生之同步化转矩引入同步.2 .辅助起动法，此法又可分为下列数种：（1）在同部电动机轴上耦合一直流电动机：一般同步电动机是做为驱动直流发电机

3、，但为了达到同步，可以先将直流发电机做为电动机以起动同步电动机 ，一但 接近同步速率时，将激磁电流送入同步电动机，而使电动机得以整步.（2）把场激磁发电机当做直流电动机：此法与（1）最大不同是激磁机（直流分机发电 机）系作为电动机使用，和同步电动机及交流电源同步.（3）以装於同一轴上之感应电动机起动：此种感应电动机必须比起动电动机有较少 极数（最好少两极），因而有较高之同步速率，先将同步电动机升高至同步速率 以上.将交流电流及直流电流同时加入电枢及磁场绕阻中藉以引入转距 ，使同 步电动机转子达到同步速率.（二）变化激磁电流If时，电枢电流I a及功因（COS巾）均随之改变其原理如下：1 .当直

4、流激磁电流增加至某值时，使电枢电流I a与外施电压VP同相，功因为1此法称 为正激，如图三（a）所示.3 .若增加同步电动机之激磁电流，因其速率包等於同步速率，故其感应之反电势国 一定升高，大於外施电压VP,此种激磁法称为过激.如图三（b）所示，因V 一定,Egp增 力口，而E为已与Vp之相量和，故日向反时针方向移动.而电流Ia与E问之角度87 度是一常数，故电流I a亦反时针方向移动，使得电枢电流I a较外施电压M越前8角 度，故改变激磁电流可改变功因角。4 .若降低同步电动机之激磁电流，因其速率包等於同步速率，故其感应之电势已 一定降低而低於外施电压 Vp,此种激磁方法称为欠激。如图三（c

5、）所示，而Er为Ep 与Vp之和,Vp一定，故E向顺时针方向移动，使电枢电流I a与Er间之角一定为87 度故亦向反时针方向移动，使电枢电流I a较外施电压Vp滞彳爰一角度。图三由上可知在一定之外施电压及负载之下，若改变其激磁电流，则可改善同步电动机之电枢电流及相位。在负载一定时，电枢电流I a与激磁电流If之关系曲线，略 成V曲线。图四中,曲线1、2、3各表示无载、半载及满时之 V曲线（I-I f）。在极 低激磁时，电枢电流大而相位滞彳爰激磁电流渐增，则电枢电流小，直至最低值时，若激磁电流继续增，则电枢电流又开始增大，并且相位越前。换言之，即电流If 由低值变成高值,电动机由欠激变成过激当电

6、枢电流I a最小时之激磁称为正激,cos 8=1，若激磁大於此值（过激），此时电枢电流越前。反之滞彳爰。图四之 1'、 2'、3'为表示各对1、2、3之功因变化曲线称为倒 V曲线。点线为各负载下之 V 曲线之最小电枢电流值之轨迹，在此点线上，cos 9 =1。图四V曲线及倒V曲线（三）同步电动机之负载特性-1同步电动机之转速乃由频率及极数决定，故转部只能以同步转速、转动。当负载变动时，其输入、输出、效率、功因及转矩等均发生变化。图五 （a）、（b）、（c）分别表示於正激、欠激及过激情况下，负载变化之影响。图五由图五可知晓（a）当负载增加时，不论欠激、正激或过激电枢电流增

7、加，功率输入增加。（b） 当电动机过激或欠激情况下，由於负载之增加，其功率因数趋向於1且功因之改变大於电 枢电流之改变。（c）马达於正激情况下，由於负载之增加而使电枢电流增加大於功率因数之 增加，且趋向於愈滞彳爰。三.使用仪器及设备：（一）交流同步电动机一直流动力计组r=0.26m 一台（二）交流仪表装置组1 .单相瓦特表 4000W2 . 电流表020 A3 .伏特表0400V4 .读表选择开关三段式（三）直流仪表装置组1 .单相瓦特表 4000W2 . 电流表020 A3 .伏特表0400V4 .读表选择开关三段式（四）三相交流电源220V 一台（五）直流电源0到110V 4A（六）转速计

8、一台（七）电子磅秤1只（八）双极双投开关1只欢迎共阅五.电路图:图六六.实验步骤：（一）同步电动机起动1. 如图六之接线。2.NFB ON,调整IVR,使其输出为同步电动机之额定电压值。3.S2向上接通（场绕组短路）此时Rfi置於最大值,关闭（closed）S 1,无载起动同步电动机，约至额定转速附近时&向下接通，接入D.C电源加激磁 电流，使达到同步转速（起初当作感应电动机起动，起动前所有仪表之 电流线圈均要短接）（二）相位特性实验（负载不变，激磁电流改变）1 .如图六之接线2 .如图上述“起动法 ”起动同步电动机，维持外加电压不变3 .逐步增加同步电动机之激磁电流If, 一直至额定

9、值的1.5倍分10段记录I a ,I f及cos 巾（若激磁电流额定不知，则以电动机电枢电流为1.25倍额定时之激磁电流为最大值）4 .接通S4,调整R2,使之读数为直流发电机之额定电压，关闭（closed）S 3,调节同步电动 机之电枢电流为最小且其值为 50啾定值。即调整发电机之负载L,使发电机之负载 约为电动机额定输出之半值求此时直流发电机之输出，维持绫电机输出一定不变； 改变If,自额定激磁电流之30%g步增加到额定电流之150%；止，分段记录If. Ia. cos巾5 .如4.之方法，加负载之额定值,求其相位特性。（三）无载试验”二一二二'无载起动同步电动机维持外加电压不变.

10、变化激磁电流1f由最大值开始至最小值，逐次记录各仪表之指示，求出电动机之无载旋转损失.（四）负载特性试验（激磁电流不变，负载改变）1 .如图六之接线.2 .无载起动同步电动机，接通与调Vg为直流发电机之额定值,接通& ,加负载於同步 电动机，此时随着输出的增加，电枢电流增加，维持额定电压不变，一面加负载， 一面调节电动机之可变电阻，使电枢电流为最小值（即100彻因时之电枢电流），且 此最小值为电动机之额定值,记录此时之If,此为正常激磁3 .维持此If值及外加电压不变，加负载使电动机之输出由零增至1.25倍额定值，（利 用动力计之外加电压改变之）逐次记录各仪表信.4 .调整激磁电流为步

11、骤2.之If之1.5倍，重复步骤3.5 .调整激磁电流为步骤2.之If之一半，重复步骤3.七.实习结果：（一） 相位特性 n =rpm次数 项目无载P = W+W=瓦IfI awwPQCos 8半载P = W+W=瓦IfI awWPQCos 8满载P = W+W=瓦IfI awwPQCose（1）以I f为横轴，I a为纵轴（2）以I f为横轴,Cos 9为纵轴绘出V型特性曲线绘出倒V特性曲线（二）无载特性、型目 次底V(V)11(A)I 3(A)I = I 1+I 3/2 (A)输入功率Pi=W+W （W）I f(A)旋转损失P= P1-3I 2>Ta (W)wWPi1E_23-.4,

12、 -516a7以I f为横轴,P r为纵轴绘出I f与R之特性曲线（三）负载特性欢迎共阅次数 项目12345678910正 常 激磁I f=_ AWWW(Kg)I a =I 1+I 3/211I 3I a计 算 值P=W+W2T(NT-m)PoCos e刀过 激磁I f=_ AWWW(Kg)l _I a =I 1 + I 3/211I 3I a：计 算 值P=W+W2T(kgm)Po'u-" - -Cos 0卜 ' | 刀欠 激 磁If=_AWW . J -W(Kg)I a =I l + I 3/211I 3I a计 算 值P=WZ+W!1- j -T(kgm)PoC

13、os e刀1）正常激磁过激磁欠激磁以上是 以p为横轴,I a、cos 0 为纵轴分别 绘出於正 激、过 激、欠激 情况下之 特性曲线八.注 意事项：1.当转子 开始 转 动直 到 接 近同 步 转 速时，很明显地在磁场绕阻上将感应一高压此高压很可能破坏转子之绝缘，故须在同步电动机转子接近同步转速彳爰,才使转子绕阻通入直流电.2 .在无载或轻载情况下，接近同步转速时，加入直流电源，转速并未改变，此乃 转子本身已进入同步，其同步转矩来自转矩.另有一种现象即当接近同步转速之际， 将磁场之激磁电流加入时，会产生一声音，此乃因磁极之极性瞬间与定子旋转磁场相 同，因而引起气隙磁通突然下降而降低应电势，降低

14、转矩，枢流增加.於是转子退彳爰一个磁极,然彳爰才同步,线电流恢复正常.3 .未加直流激磁前的电枢电流太高，是因此时以组尼绕组启动，具感应机特性，而感 应机透过气隙所需激磁电流甚大，故为正常现象.九.问题研讨：（一）、选择题1.（）无载运转之同步电动机加入负载时（A）继续以同步转速运转（B）瞬时速率下降，再保持某一负载角,再以同步转速继续运转(C)低於同步转速运转(D)旋转速率遽降终至停2 .()同步电动机在启动时,磁场线圈中(A)不可加激磁电流(B)可加激磁电流(C)可加激磁电流，但电压要低(D)加与不加激磁电流无关3 .()设电流原为滞彳爰之同步电动机,若渐增其磁场线圈中之电流,则其功率因数

15、将(A)渐大(B) 渐小(C)先增大彳爰减小(D)先减小彳爰增大4 .()同步电动机之直流激磁增减主要目的为(A)速率调整(B)功率调整(C)起动转矩调整(D)频率调整(E)功因调整5 .()同步电动机增加激磁电流时，其速率(A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定6 .()同步电动机之V型曲线为(A) V -I a (B) V -I f (C) I a - If (D) P - I a关系曲线7 .()同步电动机欲当电容器使用时，应(A)增加负载(B)并联电容器(C)增加激磁(D)减少激磁(E)减少负载8 .() 在同步电动机中，电枢电流最小时之功因为(A) 100% (B) 50% (C)

16、 0(D) 70.7%9 .()供电系统频率为50赫之12极同步电动机，其转速为(A)1800rpm (B)1200rpm(C)500rpm (D)375rpm (E)1500rpm10 .()同步电动机当负载减少时(A)转速减小转矩角减小(B)转速不变转矩角减小(C)转速不变转矩增加(D)转速增加转矩角增加(E)转速、转矩角均不变 -11 .() 设同步电动机之负载角为 e ,则其输与(A) sin e (B) cos e(C) cot e (D) tan e(E) sec e 成正比12 .()同步机之电枢反应将产生下列何者结果？ (A)电压领前电流90°使主磁极产生减磁作用(B

17、)电压滞彳爰电流90 0使主磁极产生减磁作用(C)电压与电流相同使主 磁极产生灭磁(D)电压滞彳爰电流90 0使主磁极产生交磁(E)以上皆非13 .()同步电动机之 泪磁电流若 自最小渐增，则功率因数之变化为(A)渐增大(B)渐减小(C)先减小而彳爰增大(D)先增大而彳爰再渐减小(E)不变14 .() 需要有双层轴承的电动机是(A)三相感应电动机(B)交流用激电动机(C)推斥式电动机(D)超同步电动机(E)感应同步电动机15 .()同步电动机又称为(A)回转机械(B)回转整流器(C)回转电容器(D)回转电阻器(E)回转电感器因为控制激磁电流可做无效功率的调节16 .()同步电动机不可用於(A)

18、改善功率因数(B)调整速率(C)调整线路电压(D)计时(E)担任机械负载17 .() 三相1200kW,功因为0.6之电力系统为改善功率因数为0.9,则应装同步调相机(A) 1019kVA (B) 897kVA (C) 9527.5kVA (D) 8475kVA (E)1200kVA18 .( )50 赫芝,12极,100Hp 同步电动机之满载转矩为 (A)1188 (B)1425 (C)1543 (D)1648 (E) 1816 牛顿-米19 .()当同步电机的磁场激磁较正常激磁为大，正在增加时，我们称为过激，此时其将(A)吸取滞彳爰电流，电枢反应为去磁效应(B)吸取滞彳爰电流，电枢反应为加磁效应(C)吸取越前电流，电枢反应为去磁效应(D)吸取越前电流，电枢反应为加磁效应(E)以上皆非20 .()如欲同步电动机