Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – PHÂN HIỆU TẠI TP HCM BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH Họ và tên sinh Nguyễn Hữu Thiện Lớp Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa K61 Mss[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – PHÂN HIỆU TẠI TP HCM BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH Họ tên sinh : Nguyễn Hữu Thiện Lớp: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa K61 Mssv: 6151030085 Nhóm: 02 TP HỒ CHÍ MINH - 2021 NỘI QUY THÍ NGHIỆM Sinh viên (SV) thực hành thí nghiệm đầy đủ, trang phục gọn gàng, sẽ, mang giày đảm báo an tồn điện SV khơng có nhiệm vụ khơng vào phịng thí nghiệm (PTN), nghiêm cấm mang vũ khí, chất, thiết bị dễ cháy nổ, độc hại, thức ăn, nước uống vào PTN Khi làm thí nghiệm phải giữ trật tự, khơng làm việc riêng, thực hành thí nghiệm cách nghiêm túc, tuyệt đối tuân theo hướng dẫn giảng viên hướng dẫn (GVHD) SV phép đóng điện GVHD cho phép, SV tự ý thao tác gây cố cháy nổ làm hỏng hóc thiết bị, gây nguy hiểm đến tính mạng người SV hồn tồn chịu trách nhiệm Tất SV phải thực nghiêm túc nội quy S Ngày TT 17/11/20 21 24/11/20 21 Nội dung thí nghiệm GV Xác nhận Mạch điện xoay chiều pha Mạch điện pha TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MƠN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH MỤC LỤC BÀI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA BÀI KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN PHA 14 BÀI CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP22 BÀI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA A Mục đích thí nghiệm - Thấy rõ phản ứng nhánh chế độ điều hoà xác lập, đặc trưng cặp số (z φ) - Có khái niệm đồ thị vectơ điện áp, dòng điện nhánh R, L, C, R-L-C - Làm quen với số thiết bị điện xoay chiều - Biết mơ mạch điện tuyến tính pha, tính tốn theo lý thuyết so sánh với mơ + Khảo sát, mơ thí nghiệm gồm phần tử R + Khảo sát, mơ thí nghiệm gồm phần tử L + Khảo sát, mô thí nghiệm gồm phần tử C + Khảo sát, mơ thí nghiệm gồm phần tử R-L-C B Nội dung thí nghiệm Khảo sát mạch trở R 1.1 Mục đích, a yêu cầu: Mục đích - Giúp SV hiểu rõ phản ứng nhánh đối trở kích thích điều hịa - Giúp SV hiểu rõ thông b số Yêu - Vẽ dòng, áp xoay chiều cầu: mạch - Kiểm định kết việc tính tốn 1.2 Trình tự thực hiện: a Sơ đồ mạch điện Bước 1: Lấy phần tử cần thiết - Đầu tiên bạn kích vào mũi tên dẫn “Component Mode” để lấy linh kiện thư viện linh kiện hình Hình - Ấn vào chữ P - Đánh tên linh kiện muốn tìm kiếm vào “ tìm kiếm linh kiện – Keywords” hình (Cụ thể: + Đánh chữ CAP - từ khóa tụ điện + Đánh chữ RES - từ khóa điện trở + Đánh chữ INDUCTOR - từ khóa cuộn cảm) - Ở ta lấy điện trở - Sau đó: + Ấn OK + Đúp chuột vào loại linh kiện ấn biểu tượng Hình Bước 2: Mơ thí nghiệm: - Sau hoàn thiện mạch điện ta nhấn chuột chọn chế độ chạy mơ hình để quan sát kết Hình - Sử dụng thiết bị đo ảo: Dao động ký (Oscilloscope) sử dụng để quan sát dạng sóng kênh A, B, C, D - Biểu đồ phân tích tín hiệu: Vào phần Graph Mode lấy biểu đồ phân tích tín hiệu tương tự (Analogue Analysis) 1.3 Dùng phần mềm Proteus xây dựng mạch điện sau: - Số liệu: + Nguồn: biên độ U = 24 (V); Tần số f = 50 (Hz) + Điện trở có trị số R = 10 - 50 (Ω) - Thay đổi giá trị điện trở, đo đạc điền vào bảng sau: S Giá trị điện trở Giá trị đo Giá trị đo TT dòng điện (A) 10 20 30 40 50 điện áp (V) b Kết luận: Phân tích quan hệ áp dịng phần tử ? Nhận xét biên độ điện áp dịng điện ? Vẽ dạng sóng điện áp dòng điện (analogue analysis/ Oscilloscope) ? 2.2 Khảo sát, mơ thí nghiệm gồm phần tử R-L a Sơ đồ mạch điện: - Số liệu mô phỏng: + Nguồn: U = 220 (V); Tần số f = 50 (Hz) + R = 10 - 50Ω, L= 20-100mH - Thay đổi giá trị cuộn cảm - L, điện trở - R đo đạc điền vào bảng sau: S φ R L UR UL I 10 20 132 82.9 13 6.6 4.4 3.3 2.6 TT V 20 40 V 132 V 30 60 132 80 82.9 132 100 0A 82.9 V 132 V A V V 50 82.9 V V 40 2A 0A 82.9 V b Kết luận: Phân tích quan hệ áp dịng phần tử ? - Dòng nhanh pha áp Nhận xét biên độ điện áp dịng điện ? - Dịng có biên độ nhỏ điện áp Vẽ dạng sóng điện áp dịng điện? 4A 2.3 Khảo sát, mơ thí nghiệm gồm phần tử R-C a Sơ đồ mạch điện: - Số liệu mô phỏng: + Nguồn: U = 220 (V); Tần số f = 50 (Hz) + R = 10 – 50 (Ω), C = - 15 (mF) - Thay đổi giá trị cuộn cảm - L, điện trở - R đo đạc điền vào bảng sau: S R C UR UC I φ 2.5 Đo công suất mạch điện pha Vẽ mạch điện thí nghiệm hình vẽ vào phần mềm Trong hình tải lần chọn điện trở, điện cảm điện dung Sơ đồ mạch thí nghiệm Mắc tải ZAB vào điểm A-B mạch, thay tải sau: ZAB = R (tải R = 10 – 50 Ohm ) ZAB = XL = ωL ( tải L = – 10 mH) ZAB = XC = 1/ωC ( tải C = – 10 mF) ZAB = R + j( XL- XC ) (tải trở - cảm – điện dung mắc nối tiếp ) ZAB = R // XL ( tải trở mắc song song với tải cảm ) ZAB = R // XC ( tải trở mắc song song với tải điện dung ) ZAB = XL // XC ( tải cảm mắc song song với tải điện dung ) ZAB = R//L//C Ghi giá trị đo vào bảng sau: S TT U TẢI (R) R XL XC R nt L R nt C R j( X -X ) L C R // L R // C + U (L) U (C) I (R) I (L) I (C) P Tính Z=U/I BÀI KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN PHA A MỤC ĐÍCH - Biết cách nối ba pha của phụ tải theo hình Y và ∆ - Nghiệm lại quan hệ dây và pha mạch ba pha nối hình Y và ∆ - Biết cách đo Công suất của mạch ba pha dựa vào U và I B NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM Cơ sở lý thuyết 1.1 Khái niệm hệ thống nguồn điện pha Định nghĩa: Nguồn điện xoay chiều ba pha hệ thống gồm sức điện động pha có biên độ, tần số, lệch pha 120 hay chu kỳ Mạch điện ba pha gồm nguồn điện pha, đường dây truyền tải tải pha e(t) eA EB ec eB w(t) 120 gồm: 120 120 120 120 120 EA EC Hình: 3.1 Để tạo dịng điện xoay chiều pha người ta dùng máy phát điện đồng pha, cấu tạo Hình: 3.2 Hình:3.3 - Phần tĩnh (stator) gồm có cuộn dâyAX, BY, CZ đặt lệch 120 không gian, gọi dây quấn pha A, B, C - Phần quay (rotor) nam châm điện có cực N – S - Khi quay, từ trường rotor quét qua cuộn dây stator cảm ứng thành sức điện động sin tần số, biên độ, lệch pha 1200 - Biểu thức tức thời sức điện động: Pha A: eA = √ E.sin(ωt) Pha B: eB = √ E.sin(ωt – 1200) Pha C: eC = √ E.sin(ωt + 1200) 1.2 Đặc điểm phân tích mạch pha xác lập đối xứng Mạch điện pha đối xứng mạch điện ba pha có nguồn đối xứng, tải đối xứng 1.2.1 Đặc điểm mạch ba pha đối xứng a) Mạch pha đối xứng nối hình Sao (Y): - Mạch điện ba pha mắc hình đấu ba điểm cuối X, Y, Z thành điểm chung gọi điểm trung tính (điểm 0) - Dây dẫn nối với điểm đầu A, B, C gọi dây pha - Dây dẫn nối với điểm gọi dây trung tính hay dây trung hồ - Nếu mạch có ba dây pha A, B, C gọi mạch ba pha ba dây Cịn có dây trung hồ A, B, C, O gọi mạch ba pha bốn dây A e C A' U =U A e AC C d U =U A Z p A 0' Z B e B B Z C' C B' Hình 3.4: Mạch pha đối xứng nối Y - Dòng điện cuộn dây pha gọi dòng điện pha: IP - Dòng điện dây pha gọi dòng điện dây: Id - Dòng điện dây trung tính ký hiệu là: I0 - Điện áp hai đầu cuộn dây pha gọi điện áp pha: UP - Điện áp hai dây pha gọi điện áp dây: Ud Quan hệ đại lượng dây pha - Dòng điện cuộn dây pha dịng điện dây pha tương ứng Suy dòng điện dây dòng điện pha: Id = I P - Điện áp dây hiệu hai điện áp pha tương ứng Hình vẽ đồ thị vectơ hệ điện áp ba pha đấu đối xứng Từ hình vẽ ta thấy: C UAB, UBC , UCA, B UCA quan hệ với UA , UB, UC sau: U˙ AB = U˙ A - U˙ B UBC UB U˙ CA = U˙ C – U˙ A A =U -U -UB UC U˙ BC = U˙ B – U˙ C U AB B Hình: 3.5 UA UAB A Xét tam giác OAB ta thấy: AB = 2.OA.cos300 = 2.OA √ = OA √ AB điện áp dây Ud OA điện áp pha UP - Về góc pha: Điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng góc 300 - Về trị số: Điện áp dây lần điện áp pha Ud = √ Up b, Mạch pha đối xứng nối hình tam giác Mạch ba pha mắc hình tam giác lấy điểm cuối pha A đấu vào đầu pha B, cuối pha B vào đầu pha C cuối cuộn pha C đấu vào đầu pha A tạo mạch vịng hình tam giác ba đỉnh tam giác nối với ba dây dẫn gọi ba dây pha I A e e C C A e B A' A CA U =U AC B I I Z d Z AC I C' AB AB Z I BC B' BC C I B Hình 3.6: Mạch pha đối xứng nối tam giác Quan hệ đại lượng điện áp, dòng điện dây pha Theo sơ đồ đấu tam giác - Điện áp đặt vào đầu pha điện áp dây: Ud = Up - Theo định luật Kirchoff ba đỉnh A, B, C: I˙ A = I˙ AB – I˙ CA I˙ B = I˙ BC – I˙ AB I˙ C = I˙ CA – I˙ BC Dòng điện dây hiệu hai dòng điện pha tương ứng Vẽ đồ thị vectơ dịng điện ba pha đấu đối xứng Từ hình vẽ ta thấy: C ICA 120 B I 0 30 IAB B= -IB C -IBC A IAB IBC Hình: 3.7 + Về góc pha: Dịng điện dây chậm pha sau dịng điện pha góc 300 + Về trị số: Dòng điện dây √ lần dòng điện pha: 1.2.2 Phân tích mạch pha đối xứng Mạch điện pha đối xứng có dịng điện pha có trị số độ lớn lệch pha 1200 Khi giải mạch điện pha đối xứng ta tách pha riêng rẽ để tính Ta có số trường hợp thường gặp a Tải nối hình Y đối xứng Khi khơng xét đến tổng trở đường dây pha: A B Id Zp Ud C Hình:3.8 - Điện áp đặt lên pha tải là: Up = Ud/√ - Tổng trở pha tải: Zp = √ R2p + X 2p - Dòng điện pha tải: Id = Up = Zp Ud √3 √ R2p + X 2p - Góc lệch pha φ Up Ip: φ = arctag - Vì tải nối Y nên Id = Ip Khi có xét đến tổng trở đường dây pha: Xp Rp A B Id Xp Zp Rp Ud C Hình:3.9 Cách tính toán tương tự trên, ta gộp tổng trở đường dây với tổng trở pha tải: I d=I p= Ud √ √(Rd + R p)2 +( X d + X p)2 b) Tải nối tam giác đối xứng: - Khi không xét đến tổng trở đường dây pha: I U I d U P d Z Z P Z P Hình:3.10 - Điện áp đặt lên pha tải là: Up = Ud - Tổng trở pha tải: Zp = √ R +X - Dòng điện pha tải: Id = Up = Zp p p Ud √R p + Xp - Góc lệch pha φ Up Ip: φ = arctag - Vì tải nối Y nên Id = √ Ip - Khi có xét đến tổng trở đường dây pha: P Xp Rp P Hình: 3.11 Biến đổi tương đương từ ∆ →Y giải tương tự - Tổng trở pha nối tam giác: Z ∆=R d + jX p - Biến đổi sang Y: ZY = Z ∆ /3=R d /3+ jX p / - Dòng điện dây tải: I d= √ √ ( Rd + Ud Rp X ) +( X d + p ) 3 - Dòng điện pha tải: I p= Id √3 1.3 Đo công suất mạch pha 1.3.1.Công suất mạch ba pha đối xứng Đối với mạch ba pha đối xứng Do trị số dòng điện hiệu dụng, điện áp góc lệch pha ba pha nên Công suất pha - Công suất tác dụng ba pha P3pha = 3.P1f = 3.UP.IP.cosφ = √ 3Ud Id cosφ = Rp.I2p + Nếu mạch ba pha đấu thì: Ud = √ UP Id = IP + Nếu mạch đấu tam giác thì: Ud = UP Id = √ 3IP - Công suất phản kháng ba pha Q3P = 3.UP.IP.Sinφ = √ 3Ud.Id.sinφ = Xp I2p - Công suất biểu kiến ba pha S3P = 3Up.Ip = √ 3Ud.Id = √ P2+ Q2 Các thí nghiệm: 2.1 Khảo sát độ lệch pha mạch a Sơ đồ mạch điện - Số liệu mô phỏng: + Nguồn: Up = 220 (V); Tần số f = 50 (Hz) + Z1= Z2 = Z3 = 50 Ω b Yêu cầu: Vẽ dạng sóng nguồn? Đo đại lượng điện áp, dòng điện dây pha tải điền vào bảng sau: Ud Id Up Ip 380V 4.4A 220V 4.4A 2.2 Cho mạch điện số liệu sau: U d =380(v) Z1 =8+i6 (Ω ¿ Z2 =12+ 16i (Ω) Hình 3.14 Sơ đồ mạch của bài toán Yêu cầu: a Tính I 1, I 2, I ? b Vẽ mạch mô phần mềm? Đo giá trị so sánh với giá trị tính câu a? c Nhận xét kết mơ tính tốn BÀI LÀM: Câu a: Tải mắc hình nên ta có U p 1= I p 1= Ud 380 = V √3 √3 Up 380 = 2 =21,94 A Zp √ √ +6 => I 1=I p =21,94 A Tải mắc hình tam giác nên ta có: U p 2=U d=380 V I p 2= => Up 380 = =19 A Zp √ 122 +162 I d 2=I 2=√ I p 2=19 √ 3=32,91 A Vậy: I = I 1+ I 2=¿ 21,94 +32,91 = 54,85 A Câu b: Mạch mô phỏng: Câu c: Các giá trị tính dựa lí thuyết gần với giá trị đo từ thí nghiệm mạch mô phỏng, sai số nhận bé Bài 2.3: 2.3 Sơ đồ mạch điện A, Switch vị trí OFF T T Tải A1 A2 A3 A4 V1pha V2pha V3pha V1dây V2dây a 7.38A 0A b 15.2A 0A c 7.33 A 12.5 A 9.12 A 9.19A 0A 218 V 218 V 218 V 220 V 220 V 220 V 221 V 221 V 221 V 378 V 378 V 378 V 384 V 384 V 384 V V1pha 218 V 219 V V2pha 220V 7.28 A 9.12 A 13.1 A V3daa y 381 V 381 V 381 V P 2.42K W 4.63K W 4.36K W B, Switch vị trí ON TT Tải a b A1 7.28 A 7.31 A A2 7.33 A 11.1 A A3 7.38 A 21.9 A A4 0A 13.1A 222C V3pha 221 V 219 V V1dây 378 V 383 V V2dây 384 V 382 V V3dây 381 V 378 V P 2.42K W 3.64K W c 22.1 A 7.28 A 7.37 A C, Vẽ dạng sóng điện áp 14.7A 221 V 218V 221 V 379 V 380 V 384 V 7.27K W BÀI CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN TUYẾN TÍNH Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP A MỤC ĐÍCH: Giúp SV củng cố kiến thức lý thuyết mạch cho sinh viên, sử dụng phần mềm để tính tốn nhanh xác tốn mạch điện Từ giúp sinh viên thạo phần mềm tính tốn- Matlab để giải tốn mạch tuyến tính chế độ xác lập B NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM 1.1 Phương pháp dịng điện nhánh Phương pháp dòng điện nhánh phương pháp giải tích mạch điện với ẩn số dịng điện nhánh 1.1.1 Cho mạch điện hình vẽ: Biết : E=20√ 2sin(10t+30); R1 = 20(Ω) ; R4 = 40 ( Ω); L = 2,5 (H); C = 0,8 (F); J=1,41sin(10t+30) Viết chương trình tính dịng điện nhánh phương pháp dòng điện nhánh 1.2 Phương pháp dòng điện vịng Phương pháp dịng điện phương pháp giải tích mạch điện cách thay ẩn số thực dòng nhánh ẩn số trung gian dòng điện vòng giả định chạy vòng kín 1.2.1 Cho mạch điện hình vẽ Biết : R1 = 20(Ω) ; R2 = 10 (Ω) ; R3 = 50 (Ω) ; R4 = 40 ( Ω) ; V1 = 10(V); V2 = 20 (V) Viết chương trình tính dịng điện nhánh phương pháp dịng điện vòng 1.3 Phương pháp điện nút Phương pháp điện áp nút tìm dịng điện chạy nhánh cách thay ẩn số thực dòng điện nhánh ẩn số trung gian điện áp nút 1.3.1 Cho mạch điện hình vẽ: Biết : R1 = 20(Ω) ; R2 = 10 (Ω) ; R3 = 50 ( Ω) ; R4 = 40 (Ω) ; Is1 = 5(A); Is2 = 2(A) Viết chương trình tính dịng điện nhánh phương pháp điện áp nút? ... TT 17 /11 /20 21 24 /11 /20 21 Nội dung thí nghiệm GV Xác nhận Mạch điện xoay chiều pha Mạch điện pha TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MÔN HỌC LÝ THUYẾT MẠCH MỤC LỤC BÀI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA BÀI KHẢO SÁT MẠCH... 70 .1 148 9 .1 1. 4 0 1. 4 4 1. 5 2 1. 6 0 1. 7 5 V 30mH V 71. 9 V 50mH 75.8 70mH H A 16 1 80 .1 100m 14 V 25 V V V 15 2 A V V V A 17 0 36 V V 87.3 V A 18 5 V b Kết luận: Phân tích quan hệ áp dòng phần tử ? - Điện. .. 7.33 A 12 .5 A 9 .12 A 9 .19 A 0A 218 V 218 V 218 V 220 V 220 V 220 V 2 21 V 2 21 V 2 21 V 378 V 378 V 378 V 384 V 384 V 384 V V1pha 218 V 219 V V2pha 220V 7.28 A 9 .12 A 13 .1 A V3daa y 3 81 V 3 81 V 3 81 V