Microsoft PowerPoint - SM-投影片-1.ppt

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft PowerPoint - SM-投影片-1.ppt"

在莫
4 years ago
Views:

1 同步機概論 (Inrducry Synchrnus Mchines 清大電機系 : 廖聰明

2 交流機之分類 : 相數 (Phse: Single-phse nd hree-phse. (1 Synchrnus chine (SM: Slien-ple( 凸極式 :w speed ( 如水力發電機 Nn-slien-ple ( 隱極式 r cylindricl-ype ( 圓柱式 : High speed ( 如火力發電機直流無刷馬達 (Brushless DC Mr, BDCM: 為永磁式同步馬達, 但具有轉子位置感測裝置及變頻器, 以決定子電樞繞組之激磁, 可使定子產生之磁場與轉子之磁場保持垂直, 具有如同直流馬達般之轉矩產生性能

3 ( Inducin r (IM: Wund rr (r slip-ring (Rr cn be chnged Squirrel cge rr (Rr is fixed. 結構 (Cnsrucin: Sr: SM 與 IM 之電樞繞組相同, 放置於 Sr, 定子繞組如為三相平衡繞組, 其上流有三相平衡交流電流時, 可產生旋轉磁場 Rr: SM: 較大容量之同步機, 轉子上放置磁場繞組, 通以直流電以產生固定之磁場容量較小之同步馬達, 如直流無刷馬達, 轉子上沒有磁場繞組而放置永久磁鐵

4 感應馬達 (IM: Wund-rr: 轉子上放置繞組經由炭刷 - 滑環組, 在外串加電阻或短接, 以調控啟動及運轉速度 Squirrel cge rr: 在轉子槽中放置金屬條, 於兩端短接, 金屬條為斜置 (Skew, 以等效分佈繞組作用, 使轉矩平順, 降低噪音

5 三相 IM: 鼠籠式繞線式單相 IM: 全為鼠籠式. 感應馬達之分類及結構分相啟動式電容啟動式電容運轉式電容啟動 / 運轉式蔽極式其他 (1 繞線式: 轉子放有三相平衡繞組, 經由炭刷滑環接到外面之電阻, 改變外加電阻值, 可以得所需啟動特性及並可改變速度 ( 鼠籠式: 轉子為一些如圖示之短路銅條, 無法如繞線式改變轉子繞組之電阻可密封少維護體積小銅條一般為斜置, 以減少運轉噪音及促進運轉之平滑依金屬條之形狀及單層或雙層, 可有不同轉矩特性之鼠籠式感應馬達 : clss A, B, C, D

6 . 同步機之應用 : 同步發電機 : 用於發電廠由機械能帶動, 藉由電磁轉換產生定頻定壓之交流電同步電動機 : 大容量之同步電動機用於工廠之定速驅動小容量之永磁同步電動機用於週邊裝置之驅動, 如 : 散熱扇磁碟機雷射印表機等線性同步電動機 : 用於高速大眾運輸工具同步機之激磁控制 : 可藉由激磁控制使其功因為越前或落後同步電容機 : 用以從事功因補償控制之無載同步電動機

7 台灣輕軌電車性能及規範類別營運條件全車特性車體轉向架牽引馬達分類營運路線軌距最小轉彎半徑架空線電壓使用年限車輛型號聯結方式全長寬高低底盤比率載客容量最大行車速度最大加速度全車重量材料車門數目型式軸距馬達型式輸出功率特性或規格台鐵支線或平面街道 VDC 不得低於 0 年輕軌二號 (TRV-II 以聯結關節連接可雙向行駛 % 00 人 70k/hr 1./sec^ 空重.4 噸總重 46.4 噸鋁合金強化玻璃纖維 8 扇雙門板車門, 具感知器 B B 1,700三相交流感應馬達 4 10 kw, 80Hz, 640V

8 公尺 EP- 駕駛動力車 EM- 馬達客車 ET- 拖車 * ED- 駕駛拖車自動警告 / 自動停車輔助系統 ATW/ATS

8 台灣自強號 : EMU-100 的基本資料製造廠商英國 GEC 公司製造年份 1979 單組配置 ( 南端 EP-EM-ET-ET-ED( 北端最高車速出力單組全長車輛編組保安裝置軔機系統座位 10k/h 175 kw/1710 hp 公尺 EP- 駕駛動力車 EM- 馬達客車 ET- 拖車 * ED- 駕駛拖車自動警告 / 自動停車輔助系統 ATW/ATS 警醒裝置運轉專用無線電話西屋西碼式氣軔系統 EP-44 位 EM-5 位 ET-5 位 ED-44 位現有車數 6 輛 1 組 ( 資料有誤, 其實更少編組運用最多可三組重作總控制運轉

11 . 同步旋轉磁場 P 極相交流機 : 個電樞繞組在空間互差 60 / 電氣角度 ( 機械角度 60 (/P/ 放置, 通以互差 60 / 電氣角度之相平衡電流同步旋轉磁場之速度為 : 10 f / P ( rp N :P 極相交流機 : 電樞繞組在空間互差 90 電氣角度放置, 通以互差 90 電氣角度之相平衡電流 i ( I cs, i ( I sin N N : 電樞繞組在空間互差 90 電氣角度放置, 通以互差 90 電氣角度之相不平衡電流, 使 N i ( 與 N i ( 保持兩相安匝平衡, 亦即 : N N i( N I N I cs, N i ( N I sin, N I

12 單相線圈 (1 之旋轉磁場 ' i 相之磁軸 π x F(, N i cs N I cs cs 1 N I cs( 1 N I cs( Δ F f F b Frwrd Bckwrd 僅生脈動旋轉磁場, 可分解成 Frwrd 及 Bckwrd 旋轉磁場, 如為單相馬達, 轉子不能自行啟動, 可運轉, 但具近乎兩倍頻之脈動轉矩 (Pulsing rque

13 三相線圈 ( 之旋轉磁場 x ' 相之磁軸 x x b b' c' c 0 e / π π i c i b i b i i cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs( cs cs cs( N i cs( N i cs N i, F( c b Only frwrd

14 合成抵消 Bckwrd 旋轉磁場, 僅生 Frwrd 旋轉磁場, 轉子具啟動轉矩, 運轉矩平順逆相序電流諧波電流產生逆向旋轉磁場諧波 (Hrnic 旋轉磁場

15 物理意義 (Physicl Mening: 三相電樞繞組所生之合成磁動勢為 : F (, cs( Δ F cs( ( 於 0 時, 磁動勢於空間之分佈為 : F(,0 F cs( 可於 0 及 π 處形成磁極 (b 於 π / 時, 磁動勢於空間之分佈為 : F (, π / F cs( π / 可於 π 及 π / / 處形成磁極, 比 ( 時之磁極座落轉了 π r / 此處 r 轉子之轉速, 磁極數設為兩極

16 ( 兩相 : P ( 兩極 90 兩相對稱 (Syericl 電樞繞組於空間互相差電氣角放置, 通以互相差 90 電氣角之兩相平衡 (Blnced 電流, 其所生之合成磁動勢 F 為 : F(, N i cs N i cs( : 90 因兩相電流為平衡, 即 ( 令電角頻率 πf : e i i ( ( I I cs cs( 90 因此, 如令 N N N, I I

17 cs( 180 cs( 0.5 cs( 0.5 cs( 0.5 cs( cs( 90 cs( cs cs 90 cs( cs, ( I N I N i N i N F x ' 相之磁軸 x ' e 0 π / π i i

18 II. STRUCTURE AND GOVERNG EQUATIONS Clssificin f BDCMs Speed serv drive: squre-wve BDCM Using ph sensr Using Hll sensr Psiin serv drive: sine-wve BDCM

19 Squre-wve BDCM: using ph sensr Ph rnsisrs PT1 Revlving shuer PT P1 S P PT N P I I1 I Tr1 Tr T r - E B

20 S 1 HE HE1 Squre-wve BDCM: using Hll sensr S Q1 Q Q Q4 S S N S 4 V -V -V Hll-effec devices

21 Opering principle f sine-wve BDCMs i s i bs ' n Rr N S i * s i s * bs i bs * i i cs i cs V d b c i cs r PWM schee r A B W V U S N U V W S V W U S N U W V N W V S N U U S N V W A B

22 磁凸極對線圈電感之影響 : 由於 IPM 轉子具有永久磁石及凸極效應, 且磁石之導磁係數遠小於鐵心之導磁係數 ( μ < μ c, 亦即 R > Rc, 使得 IPM 之 q 軸電感不等於 d 軸電感 ( > q d 電樞電感值為轉子位置 ( r 之非線性函數, 且此電感值亦與激磁頻率和激磁電流之準位有相當之關聯線圈電感與轉子位置之關係 : S N ' r 0 r, r q xis s xis i Winding inducnce S N

23 The develped rque T e P [ λ P [ λ r r I I s s cs β cs β ( q d d q I I s s sin β cs β ] sin β ] Elecrgneic rque Relucnce rque Fr n IPMSM, is develped rque cnsiss f bh elecrgneic rque nd relucnce rque due d q

24 III. ESTIMATION OF EQUIVAENT CIRCUIT PARAMETERS Experienl echnis fr king preer esiin IPMSM AC Pwer Surce SW b c e s n r r Driving device v s n ' Rr is lcked priculr psiin nd he winding is excied wih vrible-frequency nd vrible-curren AC surce. The vlge, curren nd pwer re recrded.

25 Per-phse equivlen circui del s R( i,, f ( i,, f r v e ( r i s d r Bck EMF cnsn esiin: ed k r Flux linkge pliude esiin: ' λ

26 Winding inducnces ss bsbs cscs sbs scs bscs ls A B cs r π A B cs( π A B cs( 1 cs( π A B 1 cs( π A B 1 A B cs( π ls r ls r bss r css r csbs r i bs i cs i s v cs r s cscs scs (b - - v s bscs - n' ss r s v bs r s bsbs sbs

27 Y-cnneced wih nn-isled neurl r i bs 0 i cs 0 v s d vs rsis ls A B d [( cs i ] r i [ ( i ] 0 ss, x ss ( r r s ls s A s d d B ss r s ss, in ss ( r 0.5π q Δ q ls ( A ss,x B,, d d Δ ls ls ss,in ( A A B B

28 Preer esiin vi slip es Sr is excied by hreephse curren surce, nd rr is driven speed slighly differen fr he synchrnus speed. Synchrnus ring flux encuners differen relucnce phs. i s v b v b,x v b,in ( Z d v b,in / vb, x /, Zq I I (b d Z d r s, q Z q r s

29 滑差測試滑差測試所量得之線電壓波形 v b,x v b,in 10V sec

臺北捷運公司 103 年 2 月 22 日新進助理工程員 ( 電機類 ) 甄試試題 - 電機概論選擇題 : 每題 2 分, 共 50 題, 計 100 分請務必填寫姓名 :. 應考編號 : 三個電阻分別為 4 Ω 8 Ω 及 8 Ω, 串聯的總電阻為 (1) 20 Ω (2) 12

臺北捷運公司 103 年 2 月 22 日新進助理工程員 ( 電機類 ) 甄試試題 - 電機概論選擇題 : 每題 2 分, 共 50 題, 計 100 分請務必填寫姓名 :. 應考編號 : 三個電阻分別為 4 Ω 8 Ω 及 8 Ω, 串聯的總電阻為 (1) 20 Ω (2) 12 選擇題 : 每題分, 共 50 題, 計 00 分請務必填寫姓名 :. 應考編號 :.. 三個電阻分別為 4 Ω 8 Ω 及 8 Ω, 串聯的總電阻為 () 0 Ω () Ω (3) 6 Ω Ω. 4 兩個電容分別為 3 μf 及 6 μf, 串聯的總電容為 () 8 μf () 9 μf (3) 6 μf μf 3. 3 圖中, 若 V 為 0 V, 則 V 為 () 80 V () 60