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研究生:李明學
研究生(外文):Ming-Xue Lee
論文名稱:三相感應電動機於史坦梅滋接法下其振盪轉矩之解析模型、模擬與實測
論文名稱(外文):Analytical Modeling, Simulation and Measurement of the Pulsation Torque of an Induction Motor under Steinmetz Connection
指導教授:王耀諄王耀諄引用關係
指導教授(外文):Yaw-Juen Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:電壓不平衡感應電動機史坦梅滋接法等效電路解析模型振盪轉矩電磁暫態軟體量測
外文關鍵詞:EMTPMeasurement.Induce MotorEquivalent Circuit Analytical MethodPulsation TorqueSteinmetz ConnectionVoltage Unbalance
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三相電壓不平衡長久以來一直存在於電力系統中,除了造成許多不必要的損失及破壞之外,對於系統中的負載也會引起過熱、減額運轉、效率下降,更會產生可觀的電流不平衡,進而減低電動機之性能與壽命。本論文將一單相交流電壓使用史坦梅滋接法來驅動三相感應電動機,藉由其所產生的極大的電壓、電流不平衡,以觀察對三相感應電動機的效率、轉速與轉矩振盪大小等影響。本論文提出一種新型的等效電路解析模型計算感應電動機應用於史坦梅滋接法下振盪轉矩振幅隨電容值大小、轉差率變化之情形,並且利用EMTP電磁暫態軟體的通用電機模組(Universal Machines) 模擬感應電動機振盪轉矩穩態值加以印證與比較。最後,再以電力分析儀與動力計實地量測一375 的三相感應電動機,比較所測得之數據與模擬結果。本論文建立一系列量測、解析與模擬相互比較的曲線圖,將有助於電力品質問題的瞭解與改善,可作為未來提供給產業界及學者專家們有關感應機於不平衡電壓下所產生的振盪轉矩等相關數據的研究。
Three-phase voltage unbalance has long been a problem in the electric power system. It not only increases the system losses but has detrimental effects on three-phase rotating machines. This thesis deals with the pulsating torque of an induction motor caused by Steinmetz connection which has been used for a three-phase motor operating on a single-phase supply. An analytical model based on the positive-sequence and negative-sequence equivalent circuits of the motor is developed, and the pulsating torque as a function of the capacitance and the slip rate is then derived. The proposed analytical method is verified by the Universal Machine Model of the EMTP. Finally the relations between site measurement, mathematical analysis and EMTP simulation are provided. It is expected that the proposed method can be used to obtain a solution for pulsating torque caused by three-phase voltage unbalance.
中文摘要 --------------------------------------------------------------- i
英文摘要 --------------------------------------------------------------- ii
誌謝 --------------------------------------------------------------- iii
目錄 --------------------------------------------------------------- iv
表目錄 --------------------------------------------------------------- vi
圖目錄 --------------------------------------------------------------- vii
符號說明 --------------------------------------------------------------- ix
第一章 緒論----------------------------------------------------------- 1
1.1 研究背景及動機------------------------------------------------- 1
1.2 研究目標及方法------------------------------------------------- 3
1.3 相關文獻回顧與目前研究狀況------------------------------------- 4
1.4 論文大綱------------------------------------------------------- 6
第二章 電壓不平衡的成因、分析及對感應機之影響------------------------- 7
2.1 前言----------------------------------------------------------- 7
2.2 不平衡電壓的成因----------------------------------------------- 7
2.3 電壓、電流不平衡率之定義--------------------------------------- 8
2.3.1 對稱分量法----------------------------------------------------- 9
2.3.2 不平衡率的定義------------------------------------------------- 10
2.4 電壓不平衡對感應電動機之影響----------------------------------- 11
2.4.1 電壓不平衡對發電機之影響--------------------------------------- 13
2.4.2 電壓不平衡對整流電路之影響------------------------------------- 13
2.5 電壓不平衡之改善----------------------------------------------- 14
2.6 本章結論------------------------------------------------------- 15
第三章 史坦梅滋接法之等效電路模型------------------------------------- 16
3.1 前言----------------------------------------------------------- 16
3.2 史坦梅滋接法電路模型------------------------------------------- 16
3.2.1 接三相感應電動機之史坦梅滋電路模型---------------------------- 19
3.2.2 接三相感應電動機之史坦梅滋電路模型---------------------------- 22
3.3 史坦梅滋電路之應用--------------------------------------------- 24
3.4 史坦梅滋電路模型參考電容值------------------------------------- 26
第四章 感應電動機穩態特性分析及系統模型------------------------------- 28
4.1 前言----------------------------------------------------------- 28
4.2 感應電動機動作原理--------------------------------------------- 28
4.3 EMTP之萬用電機模型--------------------------------------------- 29
4.3.1 EMTP程式之計算原理--------------------------------------------- 30
4.3.2 萬用電機(UM)之簡介--------------------------------------------- 31
4.3.3 萬用電機的機械系統--------------------------------------------- 32
4.3.4 萬用電機與外部電氣網路及控制系統之關係------------------------- 34
4.3.5 EMTP數學模型--------------------------------------------------- 35
4.4 實驗電機參數之量測參數----------------------------------------- 38
4.4.1 直流定子電阻量測----------------------------------------------- 39
4.4.2 堵住實驗------------------------------------------------------- 40
4.4.3 同步轉速無載實驗----------------------------------------------- 41
4.5 本章結論------------------------------------------------------- 42
第五章 感應電動機於史坦梅滋電路下之振盪轉矩--------------------------- 43
5.1 前言----------------------------------------------------------- 43
5.2 問題及解決方法------------------------------------------------- 43
5.3 新型解析電路法------------------------------------------------- 45
5.4 實例模擬分析--------------------------------------------------- 50
5.5 本章結論------------------------------------------------------- 53
第六章 解析模型、EMTP模擬與實際量測結果分析--------------------------- 55
6.1 前言----------------------------------------------------------- 55
6.2 實例量測分析、電路模型解析與EMTP模擬結果----------------------- 56
第七章 結論與建議----------------------------------------------------- 71
7.1 總結----------------------------------------------------------- 71
7.2 未來發展方向--------------------------------------------------- 72
參考文獻 --------------------------------------------------------------- 73
附錄一 --------------------------------------------------------------- 77
附錄二 --------------------------------------------------------------- 80
作者簡歷 --------------------------------------------------------------- 85
[1]J. E. Brown and C. S. Jha, 1959, “The starting of a three-phase induction motor connected to a single-phase supply system,” IEE Proceedings, vol. 106A, pp. 183-190.

[2]H. K. Lauw and W. S. Meyer, June 1982, “Universal machine modeling for the representation of rotating electric machinery in an electromagnetic transients program,”IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. 101, no. 6, pp. 1342-1350.

[3]K. U. Leuven EMTP Center, 1987, Alternative Transients Program Rule Book, Leuven EMTP Center, Belgium.

[4]P. C. Krause, 1987, Analysis of Electric Machinery, New York: McGraw-Hill Book Co.

[5]Z. Daboussi and N.Mohan, September 1988,“Digital simulation of Field-Oriented control of induction motor drives using EMTP”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 3, no. 3, pp. 667-673.

[6]B. him Singh, R. B. Saxena, S. S. Murthy, and B. P. Singh, 1988, “A single-phase self-excited induction generator for lighting loads in remote areas,” International Journal on Electricity Engineering Education, vol. 25, pp. 269-275.

[7]A. H. Al-Bahrani and N. H. Malik, December 1990, “Steady state analysis and performance characteristics of a three-phase induction generator self-excited with a single capacitor,”IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 5, no. 4, pp. 725-732.

[8]A.Tozune, Deng, July 1991, “Balanced operation of three-phase induction motor with asymmetrical stator windingsconnected to single-phase supply system,” IEE PROCEEDINGS-B, Vol. 138, No. 4,pp.167-174.

[9]I. A. M. Abdel-Halim, M. M. Salama, May/June 1995, “Performance of a Three-Phase Induction Motor Fed from a Non-ideal Single-phase Supply, ”ETEP, Vol. 5, No. 3, pp.215-220.

[10]IEEE Standards Board, 1996, “IEEE standard test procedure for poly-phase induction motors and generators”, IEEE Std. 112.

[11]T. F. Chan, 1997 “Performance analysis of a three-phase induction generator self-excited with a single capacitance,” present at IEEE/PES 1997 Winter Meeting, New York, Paper PE-028-EC-0-10-1997.

[12]Ching-Yin Lee, 1999 “Effects of unbalanced voltage on the operation performance of a three-phase induction motor,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, No. 2, June 1999, pp.202-208.

[13]T. F. Chan, 1999 “Performance analysis of a three-phase induction generator self-excited with a single capacitance”, Energy Conversion, IEEE Transactions on , Volume: 14 Issue: 4.

[14]Li Wang, 2000 , Lih-Shyh Liu, “Analyses of unbalanced voltages on startup transients of a three-phase induction motor using EMTP models,” Power Engineering Society Winter Meeting, 2000. IEEE Vol. 1, 2000, pp. 308 –312.

[15]Yaw-Juen Wang, “Analysis of effects of three-phase voltage unbalance on induction motors with emphasis on the angle of the complex voltage unbalance factor”, Power Engineering Society Winter Meeting, 2002. IEEE ,Volume: 2, 2002 Page(s): 1235 –1235.

[16]T. F. Chan, Loi Lei Lai, “Single-Phase Operation of a Three-Phase Induction Generator With the Smith Connection, ” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 17, No. 1, MARCH 2002, pp.47-54.

[17]T. F. Chan, Loi Lei Lai, “Capacitance requirements of a three-phase induction generator self-excited with a single capacitance and supplying a single-phase load ” Energy Conversion, IEEE Transactions on , Volume: 17 Issue: 1 , Mar 2002 ,Page(s): 90 –94.

[18]陳在相、杜偉民,“輸電系統不平衡的量測與分析”,國立台灣工業技術學院碩士論文,1991。

[19]王耀諄、曾祖佑,“三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析”,第十一屆全國技術及職業教育研討會,工業類II,1996,pp.2525-231。

[20]王耀諄、曾祖佑,陳建良,“三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析”,第十七屆電力工程研討會,1996 頁.580-584。

[21]王耀諄,“三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析”,科技學刊,第八卷,第三期,pp.205-214,1999。

[22]王醴、劉立士,“三相感應電動機於不平衡三相電源下之分析”,國立成功大學碩士論文,1999。

[23]陳在相、黃維澤,“電壓,電流不平衡率定義之探討與分析”,國立台灣科技大學碩士論文,1999。

[24]王耀諄、謝孟憲,“以新型圓線圖法計算三相感應電動機在不平衡電壓下之運轉特性”,國立雲林科技大學碩士論文,1999。

[25]王耀諄、楊明哲,“配電系統三相電壓不平衡隨機變動之研究”,國立雲林科技大學碩士論文,1999。

[26]王耀諄,「三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析」,科技學刊,第八卷,第三期,頁.205-214,1999。

[27]王耀諄、劉士傑,「三相感應電動機於不平衡電壓下振盪轉矩之解析模型」,第二十二屆電力工程研討會,頁.1685-1689,1999。

[28]王醴、楊煌佑,“三相感應發電機並聯市電之不平衡分析”,國立成功大學碩士論文,1999。

[29]王耀諄、劉士傑,“以有限元素法探討電力系統三相電壓不平衡之成因及其對感應電動機之影響”,國立雲林科技大學碩士論文,2000。[30]劉承宗、陳志維,“碟型永磁式線性同步電動機之設計、分析與驅動控制”,國立中山大學博士論文,2000。

[31]王醴、陳和文,“獨立自激式感應發電機經受控型換流器供應獨立負載之研製”,國立成功大學碩士論文,2000。

[32]蘇慶宗、李居昇,“配電系統最佳饋線重組與電容配置”,國立中正大學博士論文,2000。

[33] 王耀諄,國科會電力品質研究子計劃“以有限元素法分析三相感應電動機在不平衡電壓下運轉特性之研究”,2001。

[34]王醴、陳賜恭,“單相感應發電機與單相感應馬達之特性分析”,國立成功大學碩士論文,2002。
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1. [21]王耀諄,“三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析”,科技學刊,第八卷,第三期,pp.205-214,1999。
2. 〔26〕繆敏志 (民79)。兒童英語教學之探討。現代教育, 第 19 期,頁133-142。
3. 〔22〕廖美玲、陳秋蘭 (民 87)。對全面實施國小英語教學的幾點感想。師友月刊,第369期,24-28。
4. [26]王耀諄,「三相感應電動機於不平衡電壓下之穩態分析」,科技學刊,第八卷,第三期,頁.205-214,1999。
5. 〔21〕劉顯親 (民 91)。一項國小英語教學方案之紀實 – 引進外師之「跨文化」衝擊。英語教學。第 27期,第1卷。頁 1-20。臺北:文鶴。
6. 〔17〕張芳杰、黃自來 (民 79)。國中學生提前學英語對其在校成績及學習能力影響之研究,載于黃自來(民 82),英語教學拓新與深化,頁113-172,臺北:文鶴。
7. 〔11〕陳玉婕(民 76)。先跑的孩子,不一定贏 – 談兒童學英語的功效。 師友月刊, 第235 期,頁6-8。
8. 〔10〕秦夢群(民 76)。小學生該學ABC嗎? 師友月刊, 第235 期,頁22-23。
9. 〔9〕施玉惠、周中天、陳淑嬌、朱惠美 (民87)。國小英語教學實施現况與未來規劃方向。第七届中華民國英語文教學國際研討會論文集。頁 759-777。臺北:文鶴。
10. 〔6〕李臻儀 (民89)。Just listen – 談國小英語啓蒙教學。英語教學。第25卷,第1期。頁 5- 14。
11. 〔4〕石素錦 (民 87)。從認知心�婸P社會互動談兒童英語教學 - 根據皮亞杰與維高斯基理論談國小英語教學實務分析。中華民國第十五届英語文教學研討會論文集。頁 1-27。臺北:文鶴。