A10实习十同步发电机之开路及短路Word下载.docx
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＋Ia
EfErVt
－
－－
圖
（一）同步發電機每相等效電路
今將電樞反應電抗Xφ與自感電抗Xl合併，稱為同步電抗Xs，
Xs=Xφ+Xl
Vt=Ef-jIaXs-Iara
=Ef-Ia（ra+jXs）；
一般Xs遠大於ra
=Ef-IaZs
Zs=ra+jXs
Zs稱為同步阻抗。
如圖二所示
Xsra
EfVt
圖
（二）同步發電機每相等效電路
2.同步發電機之開路實驗：
三相同步發電機的開路試驗接線圖，如圖（三）所示，轉子加直流激磁，並利用原動機以同步速度帶動轉子旋轉，在同步發電機外側用電壓表測量其開路電壓，每
相等效電路如圖（四）所示。
If
同步發電機
＋F
From同步激磁模組的輸出
Dcsource
1u1
2＋
V
w1Ef
－F2
轉部
u2－
v1v2
定部
n
原動機
永磁式直流電動機
圖（三）同步發電機之開路實驗接線圖
Xsra
＋
f
I＋Ia
EfVt
－－
Ia=0
Ef=Vt
圖（四）同步發電機開路實驗每相等效電路
3.同步發電機之短路實驗：
三相同步發電機的短路試驗接線圖，如圖（五）所示，轉子加直流激磁，並利用原動機以同步速度帶動轉子旋轉，在同步發電機外側使用電流表測量其短路電流，
每相等效電路如圖（六）所示。
。
IfI
同步發電機a
＋F
1u1A
2
w1
－F2u2v
轉部v12
圖（五）同步發電機之短路實驗接線圖
Xsra＋
E
Ia
IIa1=
f3Vt
Ia≠0
Vt=0
圖（六）同步發電機短路實驗每相等效電路
在相同轉速n及相同磁場電流If之下，在開路實驗中所建立的激磁電壓Ef，與在短路實驗中所建立的電樞電流Ia，可得到圖（七）之同步發電機之開路特性曲線（OCC）與短路特性曲線（SCC）。
在圖（七）中，OCC代表開路特性曲線（opencircuitcharacteristiccurve），圖形彎曲原因乃飽和現象所造成，SCC代表短路特性曲線（shortcircuitcharacteristiccurve）。
4.同步阻抗：
同步阻抗計算方法有兩種：
（1）在末飽和條件下求得，稱為未飽和同步阻抗Zs（ag），
（2）在飽和條件下求得，稱為飽和同步阻抗Zs。
（1）未飽和感應電勢仍在氣隙線上，利用在額定電流下的每相電樞電壓除以電流而
得，由於在短路試驗測得額定電樞電流，其對應的開路特性曲線（OCC）線上之電
樞電壓仍處於未飽和的情況，求得阻抗為未飽和同步阻抗Zs（ag）
（又稱悲觀法），
如圖（八）所示。
式中Zs（ag）：
末飽和同步電抗（ag表氣隙線（airgap）
Ia：
額定電流
Vag：
與產生Ia相同激磁電流之激磁開路電壓
（2）飽和感應電勢已進入飽和區，利用在額定電壓除以其相對應的電樞電流電流'
而得，由於此時發電機已進入飽和狀態，求得阻抗為飽和同步阻抗Zs（又稱樂觀法），如圖（八）所示
式中Zs：
飽和同步電抗
Vt：
額定電壓
at
I'
：
與產生V相同激磁電流之電樞短路電流
5.短路比（Short-circuitratio）：
短路比（S.C.R）之定義為開路實驗時產生額定電壓所之磁場電流與短路實驗時產生額定電流所需磁場電流之比值。
如圖（八）中，S.C.R為
若以額定電壓和額定電流為基值（base），則S.C.R為飽和同步阻抗標么值之倒數。
氣隙線
a
Ia
OCC
SCC
OIf
激磁電流O’
圖（七）同步發電機之開路特性曲線（OCC）與短路特性曲線（SCC）。
Ef
Vt（額定）
Vag
'
a1
Ia1（額定）
OIff
圖（八）利用開路特性曲線（OCC）與短路特性曲線（SCC）求同步阻抗Zs。
3.損失之決定：
a.無載損
無載時，同步發電機的損失由係摩擦，電阻及鐵損所組成。
同步轉速時，摩擦及風阻等損失為定值，而鐵心損失為磁通量的函數，磁通量正比於開路電壓。
切斷轉子時的激磁電源，史發電機以同步速度運轉，所需的輸入機械功率即為摩擦損及風阻損之和。
當磁場加入激磁後，此機械功率等於摩擦、風阻及鐵損之和。
因此，鐵損可由此兩機械功率值之差而求得，圖（九）所示為鐵損及開路電壓之間的關係曲線。
開路鐵心損失
開路電壓
圖（九）
b.短路損
短路試驗時，驅動發電機所需之機械功率等於無載損加上由電樞電流所引起損失之總和。
因此，將輸入機械功率減去無載損即可得到由電樞電流所產生之損失。
其包括銅損（I2R）和雜散負載損失；
而雜散負載損失為於電樞導體內所產生的
集膚效應及渦流損失，再加上電樞漏磁通所產生的一部分鐵損。
Ra,eff＝
短路負載損失Ω
3（短路電樞電流）2）相
三、接線圖：
無載實驗：
如圖（三）所示短路實驗：
如圖（五）所示
四、實驗步驟：
【開路試驗】
1.按圖接線，檢查儀表電源是否有問題，並將電源調至零。
同步機電源部份是用直流電流表，而輸出部份是用交流電流表。
2.調整原動機之電源，讓其轉速達到接近1800rpm，在提升電壓時需注意不可調整太快，因為起始時的轉速太低所以若電壓提升得太快則會使起始電流太高，而使保險絲燒掉。
3.調整好原動機後記錄數值。
4.開始調整同步機激磁器使If改變，隨著If的改變Vt亦會變化，記錄這兩種數據，至少取十個數據直至Vt=220V為止。
【短路試驗】
1.接著開路試驗完後，將同步機激磁器調至零，將輸出端短路。
2.記錄起始的數據。
3.調整激磁器改變If，隨著If改變Ia
（Ia1）亦會變化，記錄這兩種數據，一樣至少
取十個數據直至Ia=0.8A（Ia1=0.462A）為止。
4.將所有電源歸零，關掉電機。
五、實驗結果：
開路試驗n＝1800rpm
短路試驗n＝1800rpm
If
Vt
Ia1
1
0.02
22
0.01
0.046
0.04
44
0.093
3
0.07
66
0.05
0.0139
4
0.09
88
0.185
5
0.11
110
0.231
6
0.13
132
0.278
7
0.16
154
0.324
8
0.19
176
0.15
0.369
9
0.22
198
0.17
0.42
10
0.28
220
0.462
記錄：
Ef
O.C.C
Ef≒185V
S.C.C
I’=0.67A
0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
’
If=2.8A
If=1.9A
六、問題與討論：
1.激磁電流太大時，為何感應電勢會產生飽和現象？
2.同步發電機若轉向相反，是否同樣能建立感應電勢？
3.開路特性曲線中約在額定電壓的若干%時出現飽和現象？
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