Bài giảng thí nghiệm máy điện phần 1 trường đại học thái bình

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THÁI BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH BÀI GIẢNG MƠN THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN BẬC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP CUNG CẤP ĐIỆN Thái Bình, năm 2021 LỜI NĨI ĐẦU Bài giảng Thí nghiệm Máy điện nhằm giúp sinh viên kiểm chứng lý thuyết thực hành thông số, đặc tính loại máy điện thơng qua thí nghiệm loại máy điện Thí nghiệm chức điều khiển để khảo sát đặc tính động loại máy điện Thí nghiệm thiết bị công suất ba pha, điều chỉnh hệ số công suất, máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện chiều Đáp ứng động máy điện, động bước Bài giảng Thí nghiệm máy điện trang bị cho sinh viên kiến thức lĩnh vực Nội dung giảng gồm thí nghiệm: BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA BÀI 2: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA BÀI 3: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ BÀI 4: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VS (VARIABLE SPEED) BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU BÀI 6: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ BƯỚC (Stepper Motor) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1.1 THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI 1.1.1 MỤC ĐÍCH 1.1.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1.1.3 NỘI DUNG 1.1.3.1 Tóm tắt lý thuyết 1.1.3.2 Khảo sát đường đặc tuyến MBA hoạt động khơng tải 1.1.3.3 Tiến hành thí nghiệm 1.2 THÍ NGHIỆM CĨ TẢI 1.2.1 MỤC ĐÍCH 1.2.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1.2.3 NỘI DUNG 1.2.3.1 Tóm tắt lý thuyết 1.2.3.2 Khảo sát đường đặc tuyến MBA hoạt động có tải 1.2.3.3 Tiến hành thí nghiệm BÀI 2: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA 2.1 MỤC ĐÍCH 2.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.3 NỘI DUNG 2.3.1 Tóm tắt lý thuyết 2.3.2 Các phương pháp mở máy gián tiếp 2.3.3 Thí nghiệm có tải 2.3.4 Tiến hành thí nghiệm BÀI 3: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 3.1 MỤC ĐÍCH 3.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 3.3 NỘI DUNG 3.3.1 Tóm tắt lý thuyết 3.3.2 Thí nghiệm khơng tải 3.3.3 Thí nghiệm có tải 3.3.4 Máy phát điện Đồng Bộ làm việc với điện áp khơng đổi 3.3.5 Tiến hành thí nghiệm BÀI 4: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VS (VARIABLE SPEED) 4.1 MỤC ĐÍCH 4.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 4.3 NỘI DUNG 4.3.1 Tóm tắt lý thuyết 1 1 1 6 6 6 11 11 11 11 11 12 15 17 28 28 28 28 28 29 30 31 31 36 36 36 36 36 4.3.2 Tiến hành thí nghiệm BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 5.1 MỤC ĐÍCH 5.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 5.3 NỘI DUNG 5.3.1 Tóm tắt lý thuyết 5.3.2 Động kích từ độc lập 5.3.3 Động kích từ song song 5.3.4 Tiến hành thí nghiệm 5.3.4.1 Động điện DC kích từ độc lập 5.3.4.2 Động điện DC kích từ song song BÀI 6: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ BƯỚC (Stepper Motor) 6.1 MỤC ĐÍCH 6.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 6.3 NỘI DUNG 6.3.1 Tóm tắt lý thuyết 6.3.2 Phạm vi sử dụng 6.3.3 Quan hệ tần số xung cấp vào dây quấn Stator tốc độ quay 6.3.4 Tiến hành thí nghiệm 6.3.4.1 Chế độ Handy 6.3.4.2 Chế độ tự động TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 47 47 47 47 47 49 51 52 52 56 61 61 61 61 61 64 64 65 65 69 BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1.1 THÍ NGHIỆM KHƠNG TẢI 1.1.1 MỤC ĐÍCH Xác định tỷ số máy biến áp, tiến hành thí nghiệm khơng tải đo thông số không tải, xác định công suất tổn hao không tải (tổn hao thép) 1.1.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Máy biến áp pha + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo hệ số công suất + Bộ cung cấp nguồn, Variac 1.1.3 NỘI DUNG 1.1.3.1 Tóm tắt lý thuyết Khi máy biến áp hoạt động không tải cuộn dây sơ cấp cấp điện áp định mức, thứ cấp hở mạch Sơ đồ nguyên lý máy biến áp thực thí nghiệm khơng tải (hình 1.1) Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý MBA khơng tải Trong đó: R1- Điện trở nội sơ cấp R2’- Điện trở nội thứ cấp quy đổi sơ cấp Rm’- Điện trở từ hóa Xm- Điện kháng từ hóa U10- Điện áp sơ cấp U2- Điện áp thứ cấp E1- Sức điện động sơ cấp X1- Điện kháng tản sơ cấp X2’- Điện kháng tản thứ cấp quy đổi sơ cấp n1- Số vòng sơ cấp n2- Số vòng thứ cấp I1- Dòng điện sơ cấp I2- Dòng điện thứ cấp E2- Sức điện động thứ cấp Trong thí nghiệm khơng tải thì: U10, I10- Điện áp sơ cấp, dịng điện sơ cấp lúc khơng tải Ta có phương trình bản: E1=4,44.f.n1.m; E2=4,44.f.n2.m Khi khơng tải: U10E1, U20E2 Tỷ số biến áp: k = U 10 n1 U 20 = n2 1.1.3.2 Khảo sá đườ g đặc tuyến MBA hoạ động không tải a Đặc tuyến U10=f(I10)- Dịng khơng tải phụ thuộc v o điện áp khơng tải U10E1=4,44.f.n1.m Trong m biên độ từ thơng  =f(I10) có dạng đường cong từ hóa hình 1.2 Vì U10=f(I10) có dạng đường cong từ hóa Hình 1.2 Đặc tuyến U10=f(I10) b Đặc tuyến P10=f(U10)- Công suất không tải phụ thuộc v o điện áp không tải Từ sơ đồ thay máy biến áp hình 1.1 ta có cơng suất tổn hao không tải: 2 P0 = Ir Rm + R1 I10  U2 10 R1 I102- Tổn hao đồng cuộn dây sơ cấp + R1 I10 Rm Do I10 nhỏ nên công suất tổn hao R1 I 2 10 R1 I10 Ta bỏ qua giá trị Khi P0 U 210 nhỏ lớn nhiều lần so với Rm U2 10 Đường đặc tuyến P10=f(U10) có R m dạng Parabol hình 1.3 Hình 1.3 Đặc tuyến P10=f(U10) 1.1.3.3 Tiến hành thí nghiệm a Sơ đồ thí nghiệm Hình 1.4 Sơ đồ thí nghiệm khơng tải MBA pha b Trình tự thí nghiệm - Nối dây theo hình 1.4 - Chỉnh Variac - Cấp nguồn cho Variac - Điều chỉnh Variac để tăng U10 Chú ý tăng Variac, U10 không vượt 220V - Tính cơng suất khơng tải P0 = U10.I10.Cos - Thay đổi để nhận 10 giá trị U10, I10, U20, P0 Bảng 1: U10(V) U20(V) I10(A) P0(W) Cos c Xây dự g đườ g đặc tuyến - Đặc tuyến U10 = f( I10): Nhận xét: - Đặc tuyến P0 = f( U10): Nhận xét: 1.2 THÍ NGHIỆM CĨ TẢI 1.2.1 MỤC ĐÍCH Thứ cấp MBA nối với tải điện trở đo thông số I1, I2, U1, U2, Cos Xác định công suất biểu kiến S1, S2, hiệu suất % 1.2.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Máy biến áp pha + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo hệ số công suất + Bộ cung cấp nguồn, Variac 1.2.3 NỘI DUNG 1.2.3.1 Tóm tắt lý thuyết Khi máy biến áp hoạt động có tải cuộn dây thứ cấp nối với tải Sơ đồ nguyên lý máy biến áp thực thí nghiệm có tải (hình 1.5) Hình 1.5 Sơ đồ ngun lý MBA có tải 1.2.3.2 Khảo sá đườ g đặc tuyến MBA hoạ động có tải a Đặc tuyến U2=f(I2) Đường đặc tuyến ngồi MBA có dạng hình 1.6 Khi khơng tải I2=0, U2=U20 có giá trị lớn Khi I2 tăng U2 giảm Ta tính độ sụt áp U = (U20 - U2) Vì đường cong giai đoạn đầu có dạng đường thẳng sau có dạng cong xuống Ta có: P1 = U1.I1 cos; P2 = U2.I2M2 = Bảng 3: U1 (V) I1 (A) Cos I2 (A) U2 (V) n (rpm) P1 (W) P2(W) % M (Nm) e Xây dự g đườ g đặc tuyến - Đườ g đặc tuyến: I2 = f (P2) 22 P2 (Nm);  = P2 (%) 2 n P1 60 Nhận xét: - Đườ g đặc tuyến: n = f (P2) Nhận xét: 23 - Đườ g đặc tuyến: M = f (P2) Nhận xét: 24 - Đườ g đặc tuyến: cos = f (P2) Nhận xét: 25 - Đườ g đặc tuyến:  = f (P2) Nhận xét: 26 - Đườ g đặc tuyến: M = f (n) Nhận xét: 27 BÀI 3: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 3.1 MỤC ĐÍCH Khảo sát q trình hoạt động khơng tải, có tải máy phát điện đồng đặc tính điều chỉnh 3.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG - Độ g C (Kích nối tiếp): 1HP 2POLT  1.5A  1800rpm 500W 2POLT  80V  6A  1800rpm - Máy há điệ đồng bộ: 1HP 4POLT  220/380V  2.4 – 1.5A  1800rpm 500W 4POLT  200/380V  1.57 – 0.9A Max 0.35A 100VDC 0.35A 130V 3.3 NỘI DUNG 3.3.1 Tóm tắt lý thuyết Phương trinhg cân điện áp: Up=Ep-Ip.Rư (1) Trong đó: Up (V)- Điện áp pha phát máy phát Ep(V)- Sức điện động pha máy phát Ip (A)- Dòng điện pha phát máy phát Sức điện động: Ep(V)= 4,44.f.W.Kdq (Ikt) (2) Trong đó: f (Hz)- Tần số phát máy phát W (Vòng dây)- Số vòng dây/ pha Kdq- Hệ số dây quấn (Ikt)- Từ thông Rotor cực từ phụ thuộc vào dịng điện kích từ Ikt f= p.n (Hz) 60 Trong đó: p- Số đơi cực từ 28 n (rpm)- tốc độ động sơ cấp Để nguồ điện phát máy phát có tần số khơ g đổi tốc độ n phải giữ khơ g đổi 3.3.2 Thí nghiệm khơng tải Khi khơng tải (Khóa K mở) Ip=0 từ phương trình (1): Up=E0=Ep có giá trị lớn Tốc độ n phải giữ khơng đổi, sức điện động phát máy phát phụ thuộc vào dòng điện kích từ theo biểu thức (2) Đo dịng kích từ Ikt, sức điện động máy phát Ep dựng đường đặc tuyến Ep=f(Ikt) (Sức điện động phát máy phát phụ thuộc vào dịng điện kích từ) Sơ đồ nguyên lý máy phát điện cho hình 3.1 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện đồng Động DC kích từ nối tiếp kéo Rotor máy phát quay với tốc độ n=nđm=1800 (vòng/phút) khơng đổi Khóa K mở (Ip=0) Chỉnh Rkt thay đổi Ikt thay đổi, ghi lại giá trị sức điện động phát máy phát Ep tương ứng ta Ep=f(ikt) Dạng đường đặc tuyến hình 3.2 29 Hình 3.2 Đường đặc tuyến Ep=f(ikt) 3.3.3 Thí nghiệm có tải Đo Up, Ip dựng đường đặc tuyến Up=f(Ip) Điện áp phát máy phát phụ thuộc vào dịng điện tải Điều kiện thí nghiệm n=1800 (vịng/phút) khơng đổi suốt thí nghiệm, Ip=0 (K mở) Chỉnh Rkt để Up= Uđm không chỉnh Rkt Đóng khóa K tăng tải (Ip), ghi Up, Ip tương ứng Dạng đường đặc tuyến Up=f(Ip) hình 3.3 Hình 3.3 Đường đặc tuyến Up=f(Ip) 30 Tiến hành thí nghiệm với tải trở Giải thích dạng đường đặc tuyến Up=f(Ip) Ta có phương trình cân điện áp: Up= Ep- Ip.Rư * Khi Ip=0 (Không đổi): Up= Up0= Ep có giá trị lớn * Khi có tải (Ip0) Up giảm * Có hai nguyên nhân gây sụt áp: - Tổn hao điện áp cuộn dây phần ứng - Do phản ứng phần ứng làm giảm giá trị Ep 3.3 Máy há điệ Đồng Bộ làm việc với điệ khô g đổi Giữ tốc độ động sơ cấp khơng đổi n=1800 (vịng/phút) Điều chỉnh biến trở kích từ Rkt để điện áp phát không đổi U=380V tải Ip thay đổi Đo Ikt, Ip xây dựng quan hệ Ikt=f(Ip) hình 3.4 Ta có phương trình cân điện áp: Up=Ep-Ip.Rư Khi tăng Ip, điện áp máy phát Up giảm Để giữ Up không đổi ta cần tăng Ep (Ep= 4,44.f.W.Kdq (Ikt) nghĩa tăng Ikt Hình 3.4 Đường đặc tuyến Ikt=f(Ip) 3.3.5 Tiến hành thí nghiệm a Thí nghiệm khơng tải 31 - Sơ đồ thí nghiệm: Hình 3.5: Thí nghiệm khơng tải máy phát đồng - Trình tự thí nghiệm: + Lắp đặt thí nghiệm hình 3.5 + Điều chỉnh biến trở kích từ Rkt giá trị Max + Chỉnh Variac cấp điện cho động DC + Cấp nguồn cho Variac: + Tăng điện áp Variac từ từ để động DC khởi động quay với tốc độ định mức n=1600(v/p) Giữ tốc độ khơ g đổi suốt q trình thí nghiệm + Giảm biến trở Rkt từ từ giá trị Min (lúc tốc độ động sơ cấp bị giảm, phải tăng tốc độ động đạt 1600 (v/p) ghi giá trị Ep Ikt đồng hồ V1 A3 vào bảng + Kết thúc thí nghiệm: Giảm Variac giá trị Ngắt nguồn điện kích từ 32 Bảng 4: Ep(V) Ikt(A) - Xây dự g đặc tuyến E = f(Ikt) Nhận xét: 33 b Thí nghiệm có tải - Sơ đồ thí nghiệm: Hình 3.6: Thí nghiệm có tải máy phát đồng - Trình tự thí nghiệm: + Lắp đặt thí nghiệm hình 3.6 + Nối máy phát mạch hình 380V + Điều chỉnh biến trở kích từ Rkt giá trị Max + Chỉnh Variac cấp điện cho động DC + Cấp nguồn cho Variac: + Tăng điện áp Variac từ từ để động DC khởi động quay với tốc độ định mức n=1600(v/p) Giữ tốc độ khô g đổi suốt trình thí nghiệm + Điều chỉnh biến trở Rkt cho điện áp máy phát điện áp định mức U=380V (đồng hồ V1) 34 + Cấp điện cho mạch điều khiển tải + Tăng tải điện trở qua giá trị tải 1, 2, 3, 4, Tốc độ động sơ cấp bị thay đổi qua giá trị tải, phải giữ tốc độ không đổi 1800 (v/p) cách tăng điện áp Variac ghi giá trị Up Ip đồng hồ V1 A1 vào bảng + Kết thúc thí nghiệm: Giảm Variac giá trị Ngắt nguồn điện kích từ Ngắt nguồn cấp cho tải Bảng 5: Up(V) Ip (A) - Xây dự g đặc tuyến Up = f(Ip) 35 Nhận xét: 36