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1、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： 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
2、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 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
3、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
4、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(cos)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
5、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 。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
6、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,cos=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,cos=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。 圖五由圖五
7、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 4000W 2.電流表 020A3.伏特表 0400V4.讀表選擇開關 三段式(三) 直流儀表裝置組1.單相瓦特表 4000W 2.電流表 020A3.伏特表 0400V4.讀表選擇開關 三段式(四) 三相交流電源 2
8、20V 一台 (五) 直流電源 0到110V 4A (六) 轉速計 一台 (七) 電子磅秤 1只(八) 雙極雙投開關 1只五.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.NFB ON,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
9、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)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 . cos5.如4.之方法 , 加負載之額定值 ,
10、 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
11、, 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IfIaW1W2PQCos半載P = W1+W2= 瓦IfIaW1W2PQCos滿載P = W1+W2= 瓦IfIaW1W2PQCos(1)以If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(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= P1-3I2ra (W)W1W2P11234567以If為橫軸, Pr為縱軸繪出If與Pr之特性曲線(三)負載特性 n=_rpm 次數項目12345678910正常激磁If=_AW1
