Đề tài mô PHỎNG BẰNG PHẦN mềm LLV SIM để mô PHỎNG 3d máy điện 1 PHA AC

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA ĐIỆN − ĐIỆN TỬ − VIỄN THÔNG - - ĐỀ CƯƠNG BÁO CÁO Học Phần: Đồ Án Đề tài: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM LLV SIM ĐỂ MÔ PHỎNG 3D MÁY ĐIỆN PHA AC Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Khấn Sinh viên thực : Huỳnh Thanh Sử MSSV : 1900775 Cần thơ, ngày 24 tháng 01 năm 2022 NHẬN XÉT LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án cơng trình nghiên cứu riêng thân hướng dẫn Ths Nguyễn Văn Khấn Những nhận định nêu đồ án kết từ nghiên cứu trực tiếp, nghiêm túc, độc lập thân tác giả dựa sở tìm kiếm, hiểu biết nghiên cứu tài liệu khoa học hay dịch khác công bố Đồ án giúp đảm bảo tính khách quan, trung thực khoa học Cần Thơ, ngày 24 tháng 01 năm 2022 Sinh viên thực MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ I Các ngun lí q trình biến đổi lượng điện I.1 Lực moment hệ mạch từ .1 I.2 Moment hệ mạch từ .2 I.3 Cân lượng I.4 Năng lượng lực từ hệ nguồn kích từ I.5 Tính tốn lực từ: Đồng lượng I.6 Lực moment hệ mạch từ có nam châm vĩnh cửu I.7 Năng lượng lực từ hệ nhiều nguồn kích từ 10 Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .11 I Giới thiệu máy điện quay AC 11 I.1 Máy điện không đồng 11 I.2Sức từ động dây quấn rải 15 I.3Từ trường máy điện quay .17 I.4.Sức từ động máy điện xoay chiều 18 I.5.Sức điện động cảm ứng máy điện xoay chiều .21 I.6.Hiện tượng bảo hòa mạch từ từ thông tản 22 II.Nguyên lý hoạt động máy điện không đồng (KĐB) pha 23 II.1.Cấu tạo 23 II.2.Từ trường quay .28 II.3.Nguyên lý làm việc .33 II.4 Dòng điện rotor 38 II.5 Thông số động KĐB III.Mạch tương đương .39 I Phân bố công suất hiệu suất 42 V Thí nghiệm khơng tải, thí nghiệm ngắn mạch 43 V.1 Thí nghiệm ngắn mạch 43 V.2 Thí nghiện khơng tải 44 VI Đặc tính động khơng đồng .45 PHẦN II MÔ PHỎNG 3D LLV SIM VÀ KẾT QUẢ 47 I MỤC ĐÍCH & YÊU CẦU THÍ NGHIỆM: 47 Mục đích thí nghiệm: .47 Yêu cầu: 47 II CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: .47 III NỘI DUNG THÍ NGHIỆM: 47 Tìm hiểu cấu tạo ghi số liệu định mức động 47 Đo điện trở chiều cuộn dây stato 48 Đổi chiều quay đo tốc độ động cơ, xác định hệ số trượt: 49 Thí nghiệm khơng tải: 50 Thí nghiệm ngắn mạch: 51 Thí nghiệm điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp U1: 52 CHƯƠNG 1: CÁC NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ I Các nguyên lí trình biến đổi lượng điện I.1.Lực moment hệ mạch từ - Khi dẫn mang dịng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường ( trường hợp thường gặp động điện, dẫn chịu lực điện từ tác dụng, có trị số là: F dt = Bil Trong : B - từ cảm T; I - dòng điện A ; L - chiều dài hiệu dụng dẫn đo m; F dt - lực điện từ đo N (Niuton) - Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Định luật Lorentz: Nếu có từ trường: =q( + × ) =q × Mà q = I.t Nên ⃗ F e = I( ⃗I × ⃗ B) I.2 Moment hệ mạch từ Mạch từ mạch kép kín dùng để dẫn từ thơng Là mạch từ đơn giản , đồng thép kĩ thuật điện, có dây quấn HL = wi Trong đó: H - cường độ từ trường mạch từ A/m; l - chiều dài trung bình mạch từ đo m; W - số vòng dây cuộn dây; Dịng điện i tạo từ thơng cho mạch từ, gọi dịng điện từ hóa Tích số wi gọi sức từ động Hl gọi từ áp rơi mạch từ Biết I=10A, B=0,5T, R=0,1m, l=0,3m, α=30o Tính lực điện từ Fe tác động lên dẫn rotor? Tính moment tác động lên dẫn rotor? Welec  Wfld  Wmech dψ ei.dt=dWfld + dWmech mà e= dt Wmech = ffldX idψ = dWfld + d(ffldX) giả sử ffld = const dWfld = idψ - f I.3 Cân lượng - Động Pe = Pcu + dW fld + Pcon v dt Pcon v = Ploss−mech + dW mech + Pmech dt Máy Pm= Ploss−mech + Pcon v = t e ω mech dW mech + Pel - Pe dt với t e moment điện tử Điện = Năng lượng từ trường + Cơ + Nhiệt dWelec - dWmech = dWfld I.4 Năng lượng lực từ hệ nguồn kích từ - Năng lượng là đại lượng vật lý mà phải được chuyển đến một đối tượng để thực một công trên, để làm nóng, đối tượng. Năng lượng một đại lượng bảo tồn; định luật bảo tồn lượng cho biết lượng được chuyển đổi thành dạng khác nhau, không tự nhiên sinh - Các dạng lượng phổ biến bao gồm động năng của vật chuyển động, năng lượng tiềm tàng được lưu trữ vị trí vật trong trường lực (lực hấp dẫn, điện hoặc từ), năng lượng đàn hồi được lưu trữ cách kéo căng vật thể rắn, năng lượng hóa học được giải phóng nhiên liệu bị đốt cháy, năng lượng xạ mang theo ánh sáng và năng lượng nhiệt do nhiệt độ của vật thể dψ e= dt dWe=idψ ψ = L (x)i dWmech=fflddx dWfld= idψ - fflddx ψ Với i = L( x) dx - Chuyển động thẳng: Pc = f fld = dt - Chuyển động quay: Pc = t e dW mech dt ⇒ F FLD = dW mech dθ =t e ω dt dt ⇒t e = dW mech dX dW mech dθ - Với lượng từ trường tích lũy cuộn dây máy điện: dW fld = idλ−f fid dX - Giả sử i=const x thây đổi chậm ⇒ f fld = −∂ W fld ∂x () Nếu mạch từ tuyến tính,   L(x)i , nên Wfld phụ thuộc vào x ψ , x0 0,x ψ , x0 0 Wfldx0 ∫ dWfld, x) = ∫ d Wfld(0, x)+ ∫ dWfld( x0) Mà kh =0 ffld=0 nên dWfld(0,x)=0 ψ0 ψ0 ψ 1 => Wfld0, x0) =∫ i ¿ ¿0, x0)d =∫ L( x ) d  L( x )  0 0 1 Wfld(0, x0)= L( x ) 20 41 İs Rs ' jX s Rr S ' İr jX ' r İm Ůs jX m Ės ' Ėr Stator với dòng từ hóa Rotor quy stator ' İs İ jX s Rs Rr S ' r ' jX r İm Ůs jX Ės m ' Ėr Stator với dịng từ hóa Rotor quy stator ( ) 1−s ' R'r = R' r + s R r S İs Rs ' jX s İr İm Ůs Ės jX m Ůs Rs r Rotor quy stator İ 'r jX s ' Ė' r Stator với dịng từ hóa İs jX R 'r S jXm R' r ' jX r 1 ' Rr s Mạch tương đương động KĐB với dòng từ hóa P Fe= m Fe (ξf +ξ f ¿ B 2m s 42 jX s Rs İs ' İr İᵠ İc Ůs Rc ' jX Rr ' r İm 1 ' s Rr jXm s Mạch tương đương động KĐB với tổn hao sắt từ İs Rs jX s İ ' r jX ' Rr Rm Ůs ' r 1 ss jxm Mạch tương đương động KĐB Ůs ' Rs İs İc İ r R' r jX s jX İm r 1 ' Rr s jXm Rc ' s Mạch tương đương dạng hình  Rs jX s İs jX ' r ' Rr S Ůs Mạch tương đương đơn giản động K ĐB I Phân bố công suất hiệu suất PCus /3 İs İ 'r PCur /3 Pgap/3 Pin/ İc Pc/3 Pm/3 Pthcơ + Pout 43 Phân bố công xuất ĐC KĐB pha Pm= Pcơ Pgap=Pđt Pin PCur Pc PCus Pout Pthcơ V Thí nghiệm khơng tải, thí nghiệm ngắn mạch V.1 Thí nghiệm ngắn mạch İ r >> İ φ R' r ' jX s Rs İs İφ Ůs Rc jX ' r İm jX m Ngắn mạch: n =0 : s=1, Pcơ =0 İn jX s Rs ' Rr jX ' r Ůn Ngắn mạch: n =0 : s=1, Pcơ =0 İn Rn jX s Pn/3 Pn/ Ngắn mạch: n =0 : s=1, Pcơ =0 44 Phân bố điện kháng tản loại động không đồng bộ: Loại Động Tỷ lệ Xs Xr’ Xs Xr’ Mơ tả Momen khởi động bình thường Dịng điện khởi động bình thường Momen khởi động bình thường Dịng điện khởi động thấp Momen khởi động cao Dòng điện khởi động thấp A B C D Rotor dây quấn 0,5 0, 0,4 0, 0,3 0, Momen khởi động cao Độ trượt cao 0,5 0, Tùy thuộc vào thay đổi điện trở rotor 0,5 0, Theo tiêu chuẩn IEEE 112 V.2 Thí nghiện khơng tải Rs İs İφ İc Ůs jX İ 'r →0 jX s Rc ' r ' İ c İ m R r →∞ S jXm Không tải : n →n s:s=0 Rs İs Pcus/3 Ůs jX s Pc/3 Rc ' İ r →0 İc İm jXm P0/3 Không tải: n → ns :s→0, Pthcơ ≠ Pthcơ ≠0 45 Rs İs Ůs jXs ' jX ' r ' İr Rr İm İc Rc 1−s ' ' R rr s jXm Mạch tương đương dạng hình  İ0 İm jXm İc Ůs Rc Pthcơ ≠0 Pc/3 P0/ Không tải: n → ns :s→0, Pthcơ ≠ VI Đặc tính động khơng đồng İs İ 'r jXs Rs İm İFe Ůs ' Rr R Fe jX ' r 1 s R'r r s jXm Mạch tương đương động KĐB jXs Rs İs Rm Ůs R' r ' İr İm jX ' r 1 ' Rrr ss jX m Mạch tương đương động KĐB İs Rs Ůs ' İr jXs İm jXm ' Rr jX ' r 1 ' R s rr s 46 Rt jXt jX İt ' r R'r S Ůt Sử dụng biến đổi Thevenin chon mạch stator Rt jXt jX İt ' r ' Rr S Ůt Mạch tương đương đơn giản động KĐB Giả sử Rm >Xm): j X m Ůt=Ůs R + j( X + X ) s s m Zt =Rt+ j.Xt=¿ ¿ 47 PHẦN II MÔ PHỎNG 3D LLV SIM VÀ KẾT QUẢ I MỤC ĐÍCH & U CẦU THÍ NGHIỆM: Mục đích thí nghiệm: - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy phát điện đồng ba pha - Nắm phương pháp hòa đồng thiết bị đơn giản - Khảo sát nghiên cứu số đường đặc tính máy phát điện đồng 2.Yêu cầu : - Xem kỹ phần phụ lục để biết thiết bị, cách ghép nối, từ thuật ngữ cần thiết cho thí nghiệm - Xem lại đặc điểm mạch điện 3pha Lý thuyết máy phát đồng - Tìm hiểu cấu tạo ghi số liệu định mức máy phát điện đồng thí nghiệm II CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: NỘI DUNG THÍ NGHIỆM: Tìm hiểu cấu tạo ghi số liệu định mức động hiết lập thiết bị: • Cài Module nguồn điện, giao diện thu thập liệu máy phát điện đồng hệ thống EMS DAI LOW POWER INPUTS nối với nguồn cung cấp chính, đặt cơng tắc nguồn AC-24V vị trí I (ON) cáp dẹt máy tính nối với DAI • Hiển thị ứng dụng Metering, chọn File cấu hình ACMOTOR1.cfg • Cơng tắt MODE để vị trí PRIME MOVER · Cơng tắt DISPLAY để vị trí SPEET Đo điện trở chiều cuộn dây stato 48 Sơ đồ nối dây để điện trở chiều cuộn dây stato hình 2-8 Trên cửa sổ Metering chuyển cửa sổ đo dòng điện điện áp sang chế độ dòng diện điện áp chiều Dùng nguồn cung cấp điện chiều DC điều chỉnh từ 0-220V (đầu 7N) Vôn kế E1, E2, E3 Ampe kế I1, I2 ,I3 đấu nối với cuộn dây động hình 2-8 Bật nguồn, xoay núm điều chỉnh tăng điệp áp ghi lại trị số đo cửa sổ đo E I vào bảng số liệu, sau mở bảng số liệu để in ghi vào bảng Từ số liệu đo xác định điện trở chiều cuộn dây theo công thức sau: r 1= E1 I1 + I1 I2 + E1 I3 E2 E3 Hình 2-8 Tắt nguồn, xoay núm điều chỉnh điện áp vị trí min, tháo gỡ dây nối 49 Đo tốc độ: Khi động quay ổn định ta bật DISPAY swich sang chế độ SPEED để đo tốc độ n động cơ, sau định hệ số trượt khơng tải theo cơng thức: s %= n1−n 100%, n1 tốc độ đồng động n1 Tắt nguồn, xoay núm điểu chỉnh điện áp vị trí num, tháo gỡ dây nối Thí nghiệm khơng tải: Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 11: 50 trình tự tiến hành sau: + Quay biến trở R, vị trí mim (nhỏ nhất) Cơng tắt mạch kích từ để vị trí O, lấy Udư + Bật nguồn điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động sơ cấp (PRIME MOVER) để đạt tốc độ n = n m phát điện đồng + Giảm R để tăng dòng điện kích thích điện áp đầu cực MFĐB 1.2U q trình tăng dịng điện kích từ i, đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Sau mở bảng số liệu (data table) đo ghi vào bảng (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu) Bảng It I3(A) U0 E1(V) Thí nghiệm lấy đặc tính ngắn mạch Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 12 : 380 51 trình tự tiến hành sau: + Quay biến trở Ra vị trí mim (nhỏ nhất) + Bật nguồn điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động sơ cấp (PRIME MOVER) để đạt tốc độ n = nam phát điện đồng + Giảm Ra để tăng dịng điện kích thích dòng điện phần ứng đạt 1.2 m q trình tăng dịng điện kích từ i, đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Sau mở bảng số liệu (data table) đo ghi vào bảng (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu) Bảng It I3(A) U0 I1(V) I đm Thí nghiệm lấy đặc tính ngồi Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 13: Trình tự tiến hành sau : + Làm giống thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp máy phát, Nam + Lần lược đóng K để tăng dần tải tải định mức, đồng thời tăng 52 dịng điện kích từ để giữ U khơng đổi tốc độ n giảm phải điều chỉnh để n = nam Sau giảm dần tải, đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Sau mở bảng số liệu đo ghi vào bảng (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu) + Sau làm xong tải trở R, thay tải R-L, tải R-C Cũng làm để lấy kết 53 Bảng Tải R (it =¿ ;n= Vg/phút I =I1(A) U =E1(V) Tải R-l (it =¿ mA;n Vg/phút = I=I1(A) U=E1(V) Tải R-c (i t =¿ Ma) I=I1(A) U=(V) 3.Thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh Sơ đồ thí nghiệm hình 13: Trình tự tiến hành sau: + Làm giống thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, U ddm + Lần lược đóng K để tăng dần tải Mổi lần tăng tải, điện áp U tốc độ n giảm phải điều chỉnh dịng điện kích từ i để giữ U = Um điều chỉnh điện áp đưa vào Prime Mover để giữ tốc độ định mức Sau đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Mở bảng số liệu đo ghi vào bảng + Sau làm xong tải trở R, thay tải R-L, tải R-C Cũng làm để lấy kết Bảng 54 Tải R= (U dm V;n= Vg/phút I =I1(A) U =E1(V) Tải=R-l (U dm=¿ mA;n= I=I1(A) Vg/phút U=E1(V) Tải R-c (U dm=¿ mA) I=I1(A) U=(V) Hòa đồng máy phát điện đồng bộ: Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 3: Trình tự tiến hành sau: + Làm giống thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, điện áp máy phát U, điện áp lưới UL.(E1=E3) + Điều chỉnh điện áp đưa vào động sơ cấp để thay đổi tốc độ máy phát 55 quan sát modun đèn đồng (nối tối) +Mở phân tích pha để so pha E1 E3, qua thấy lệch pha điện áp máy phát Ur điện áp lưới U, Thay đổi tốc độ máy phát quan sát hai vectơ UF Ủi cửa sổ phân tích pha Số liệu máy phát III BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Từ số liệu đo bảng, vẽ đặc tính Nhận xét dạng đặc tính so sánh với lý thuyết Ý nghĩa đặc tính điều chỉnh với tính chất tải khác Từ số liệu đo tính tỉ số ngắn mạch : i no it K = U = i viết nhận sét đm tn Xác định điện kháng đồng dọc trục điện kháng tản máy phát điện đồng từ đặc tính khơng tải đặc tính ngắn mạch ? Từ đặc tính ngồi máy phát, xác định độ thay đổi điện áp tải định mức máy phát với tính chất tải khác nhau: ∆ U đm %= E−U đm 100 U đm Nhận xét giá trị AUm% qua tính chất tải khác IV IV.CÂU HỎI KIỂM TRA Mục đích thí nghiệm Phân biệt sơ đồ đấu nối Phân biệt thí nghiệm ngắn mạch chế độ ngắn mạch Ý nghĩa đường đặc tính Cách xác định thơng số Cách tạo File cấu hình, bảng số liệu, lưu số liệu vẽ đồ thị phần mềm Lab - Volt ... 10 Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .11 I Giới thiệu máy điện quay AC 11 I .1 Máy điện không đồng 11 I.2Sức từ động dây quấn rải 15 I.3Từ trường máy điện. .. (chế độ động cơ) 11 Chương 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ I Giới thiệu máy điện quay AC I .1 Máy điện không đồng Máy điện không đồng máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc... .17 I.4.Sức từ động máy điện xoay chiều 18 I.5.Sức điện động cảm ứng máy điện xoay chiều . 21 I.6.Hiện tượng bảo hịa mạch từ từ thơng tản 22 II.Nguyên lý hoạt động máy điện