高中電工機械_三相感應電動機_感應電動機的負載試驗_張雅鈞

本章節要進行的是三項感應電動機的負載試驗 實驗過程中可以幫助我們更瞭解電動機的各項特性 負載試驗的目的是因為電動機在不同的負載狀況下 電流、功率、轉速或者是轉矩大小都不太一樣 我們可以依據測試值後續可以計算出功率因素 輸出功率以及轉差率等部分 而為了方便操作還有實驗的進行容易 所以負載試驗通常都會採用動力計來模擬這個外部的負載 動力計又叫做測力計 常見的構造有直流發電機型、磁粉型以及渦流型等等 首先我們先介紹的是直流發電機型 那如同畫面中看到的 它的構造跟直流塔級發電機非常的相似 只是具有雙重的軸承 它可以使電子也就是機殼能在電束外 自由自在的如同轉子般旋轉 而原理的部分如右圖所示 由代測電動機M來做原動機 它會輸出轉矩TO帶動動力計的電束繞組旋轉 並且切割電子的磁場來感應電視 當電束繞組接上外部的負載電阻RL 就會構成迴路 這個時候電束繞組會流經電束電流 並且跟電子磁場產生電動作用 形成電子反轉矩TB的部分 TB可以使得轉動的動力計電子 以反向轉矩T來帶動電子 朝著跟轉子相同的轉向扭轉 因而拖動彈簧秤來測出扭力的部分 如果我們調整這個負載電阻RL的大小 就可以改變負載的輕重 測試的方法是在軸端加入機械負載 或者是直接採用動力計 電動機加入額定的電源電壓來完成啟動後 接下來就可以調整動力計 使得負載由無載狀態開始逐漸逐漸的增加 測試的時候將彈簧秤的讀值 F公斤做個記錄 接下來就是力臂的長度L公尺 也把它記錄下來 將個體表依據下列的公式來做運算 首先轉矩的定義是力乘上力臂 也就是F乘上L公斤米 那麼如果我們把單位改成牛頓米 1公斤是等於9.8牛頓 所以公式可以改成9.8倍的F乘上L 那麼單位就轉換成牛頓米的部分了 接下來呢 轉矩的通用式會等於9.55乘上nR分之PO 所以我們經由移項可以發現 PO的大小就會等於9.55分之9.8 乘上F L nR 9.55分之9.8 一計算後可以得到是1.026 因此輸出功率的公式 就是1.026倍的 F L nR 第二種要介紹的是磁粉式的動力計 畫面中看到的圖片 就是磁粉式動力計 跟它的控制器外觀 在控制器沒有輸出電流的時候 內部的磁粉可以自由自在的滾動 對軸端的電動機而言阻力非常小 畫面中看到的情況 就是如同無載的狀態 而當控制器如果輸出電流增加 動力機內的基磁線圈因而變強 磁粉就會被吸到槽中 由畫面中我們可以看到 磁場束縛會產生一個煞柱的作用 對於軸端的電動機來說 阻力變得相當大 就如同負載增加的狀態 磁粉式的動力機可以透過調整基磁電流的大小 來控制轉矩 而且轉矩或者是轉速 都可以直接由控制器的儀表上輸出數值 使用上是相對來說比較便利的 測試方法的部分跟直流發電機型大致相同 只要你在軸端加入機械負載 或者是採用動力機 電動機在此時加到一個額定電壓來完成啟動後 就可以調整動力機 使得負載的狀態由無載開始逐漸增加 這個時候就記錄下我們此刻的線電壓 以及線電流 還有輸入功率PT 軸端的轉子轉速NR以及輸出轉矩 通通都把它記錄下來 將記錄下來的儀表數值 依據下列的公式 就可以得到不同負載下的運轉狀態 那麼首先第一個輸入功率的部分 因為是採用2瓦特表法 因此讀值會是W1加上W2 接下來輸出功率的部分 如同先前的計算公式推導 大約會等於1.026倍的FLNR 有了輸入功率以及輸出功率 就可以求出我們電機的效率 效率的部分會等於輸入分支輸出再乘上百分比 而最後可以計算求的功率因素 依據P等於√3VLILcosθ 一項可以得到功率因素的公式為 cosθ會等於√3VLILpi 那麼我們將感應電動機的負載特性實驗結果 經由整理後 畫成如畫面中看到的特性曲線 首先先觀察轉子轉速NR以及轉差率S這兩個部分 隨著負載的增加 當然轉子轉速就會慢慢的下降 轉子轉速的下降影響了轉差率的大小 轉差率S等於NS分之NS-NR 因此當NR變小的時候 轉差率S就會變大 因此依序可以看到 轉子轉速的曲線是呈現下降的關係 而轉差率則是上升 第二個要討論的是電流以及轉矩的部分 隨著負載的增加 當然電流就要上升 纔能夠產生足大的轉矩來帶動負載 因此隨著無載到滿載的變化 轉矩以及電流都是一個上升曲線的關係 最後要觀察的是功率因素以及效率的變化 我們可以從畫面中看到無載輕載的時候 效率跟供應都是非常差的 而隨著負載的增加值就會慢慢上升 超過滿載以後都分別會再往下掉 那麼所以依此可以知道 無載跟輕載時電動機的供應效率很差 我們因此而依據負載 要選擇適當容量的電動機 纔能夠獲得良好的運轉特性 依據動力機的相關實驗 我們來進行一下計算體的練習 某三項感應電動機採用動力機來做負載試驗 實驗的數據在動力機的部分 彈簧秤量到了是4公斤 而力臂是0.5公尺 轉速1140 RPM 電表讀值分別為W1 2000瓦 W2 1000瓦 伏特表220伏 安培劑10安培 請你求出在負載情況下 帶色電動機的輸出轉矩 輸出功率 輸入功率 還有功率因素以及效率分別為多少 那麼首先第一小題要求的是輸出轉矩 由公式可以知道T的大小 會等於9.8倍的F乘上A 這樣子單位才會變成牛頓米 因此帶入數據依序是9.8乘上4公斤 再乘上0.5公尺 得到19.6牛頓米 而第二小題要求的是輸出功率 那麼PO的大小會約等於1.026FLnR 這個地方建議同學其實可以求出FLnR 三者相乘之後 只要選擇答案比 算出來的大一些就是正確的選項 那麼本題因為是計算題 所以我們因此依序帶入得到1.026倍 乘上4再乘上0.5 乘上轉子轉速1140 得到2340瓦 第三小題要求的是輸入的功率 PI的大小會等於兩個瓦特計的讀值 因為是採用二瓦特表法 因此直接把電表讀值相加 得到2000加上1000 也就是3000瓦的部分 再來就是依據公式來求功率因數 功率因數一項可以得到 cosθ等於根號3倍的VLIL分之PI 帶入得到線電壓200伏 而線電流是10安培的部分 因此得到根號3倍乘上220 乘上10分之3000 算出來是0.787 有了第二小題以及第三小題的輸入功率 還有輸出功率 就可以依據效率的定義 PI分之PO乘上百分比 帶入得到3000分之2340 再乘上百分比 答案是78% 本單元負載試驗的內容 就進行到這裡結束