giáo trình thí nghiệm điện - nhiều tác giả

Thí nghiệm không tải: Chú ý khi mở máy nhớ điều chỉnh biến trở mở máy Rm lớn nhất và biến trở điều chỉnh dòng kích từ Rm nhỏ nhất... Sử dụng máy phát điện một chiều làm tải cho động cơ

Trang 1

BÀI 1: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Mục đích :

Khảo sát đặc tính không tải, có tải của động cơ một chiều

2 Các thiết bị sử dụng khi thí nghiệm :

- Động cơ điện DC kích từ độc lập, kích từ song song

- Máy phát điện DC kích từ hỗn hợp

- Đồng hồ đo điện áp , dòng điện , tốc độ

- Bộ biến trở mở máy , bộ điện trở kích từ

- Bộï tải điện trở

3 Thời gian:

Hướng dẫn: 60 phút

Thực hành: 240 phút

4 Tóm tắt lý thuyết:

Hai phương trình cơ bản của động cơ một chiều:

E = KE n φ (ikt) (1) Phương trình sức điện động

U = E + R Ư I Ư (2) Phương trình cân bằng điện áp của mạch điện phần ứng

Ghi chú:

KE : Hằng số không đổi và phụ thuộc vào kết cấu của động cơ

N : Tốc độ quay của rotor (vòng /phút)

φ(ikt) : Từ thông tạo bởi phần cảm của động cơ một chiều

Rư : Điện trở phần ứng

Lượng từ thông φ phụ thuộc vào dòng kích từ (Ikt): và sự phụ thuọâc đó

φ = f (ikt) có dạng đường cong từ hóa theo hình 1

Trang 2

Đường cong từ hoá cóù hai đoạn: OM : Mạch từ chưa bảo hoà MN : Mạch từ đã bảo hoà Ở đoạn này φ tăng rất chậm khi Ikt tăng nhanh Đặc tính bảo hoà từ của mạch từ có ảnh hưởng lớn đến dạng đặc tuyến của máy

điện Từ hai phương trình trên ta có phương trình đặc tính tốc độ của động cơ một chiều kích từ song song như sau: ) i ( K R I U n kt E u u d , , φ − = (3)

Từ quan hệ (3) ta rút ra nhận xét sau: Muốn giảm nhỏ dòng mở máy (Im) và giảm n (tốc độ quay của rotor) khi mở máy ta cần điều chỉnh biến trở mở máy Rm lớn nhất, và biến trở điều chỉnh dòng kích từ Rkt nhỏ nhất 4.1 Động cơ kích từ độc lập: 4.1.1 Thí nghiệm không tải: Chú ý khi mở máy nhớ điều chỉnh biến trở mở máy Rm lớn nhất và biến trở

điều chỉnh dòng kích từ Rm nhỏ nhất

M

N

ikt

φ

Hình 1

Trang 3

kt E

u u

φ

−

=

Với : U nguồn DC không đổi

Iư ≈ Iuo dòng điện phần ứng không tải, nhỏ và không đổi nên RưIư không đổi

Do đó:

( i )

A n

kt

φ

=

A: là hằng số không đổi

Từ đây ta nhận thấy n =f(ikt) có dạng hyperbol (2) khi mạch từ chưa bão hoà Khi mạch từ bão hoà có dạng (1); xem hình 3

2

A

Iư

ĐC

Trang 4

4.1.2 Thí nghiệm có tải: Đo n, iư và dựng đường đặc tuyến n =f(ikt) Sử dụng máy phát điện một chiều làm tải cho động cơ một chiều, khi thay đổi Ip của máy phát điện một chiều nghĩa là thay đổi tải của động cơ một chiều Đường đặc tuyến n =f(Iu) cho trên hình 4

n(v/p)

nmax

nmin

Ikt min Ikt max Ikt (A)

(1)

(2)

Hình 3

1800 V/P n(V/P)

Hình 4

Trang 5

Sơ đồ nguyên lý máy phát điện DC kích từ hỗn hợp

4.2 Động cơ kích từ song song:

4.2.1 Thí nghiệm không tải:

Động cơ DC kích từ song song

Rkt: biến trở kích từ của DC

Rm: biến trở mở máy

Ikt: dòng kích từ

Iư: dòng điện phần ứng

Đo dòng Ikt ,n (vòng/phút) và dựng đường đặc tuyến n = f(Ikt) Đường đặc tuyến cho bởi hình 3

Giải thích đường đặc tuyến: (ở hình 3)

Từ phương trình (3):

K ( i )

R I U n

kt E

u u

Trang 6

φ

=

A: là hằng số không đổi

Từ đây ta nhận thấy n =f(ikt) có dạng hyperbol (2) khi mạch từ chưa bão hoà Khi mạch từ bão hoà có dạng (1); xem hình 3

4.2.2 Thí nghiệm có tải:

Đo n, iư và dựng đường đặc tuyến n =f(ikt)

Sử dụng máy phát điện một chiều làm tải cho động cơ một chiều, khi thay đổi Ip của máy phát điện một chiều nghĩa là thay đổi tải của động cơ một chiều

Đường đặc tuyến n =f(Iu) cho trên hình 4

5 Tiến hành thí nghiệm:

- Các bước tiến hành thí nghiệm:

5.1 Động cơ điện DC kích từ độc lập:

5.1.1.Thí nghiệm không tải:

Nối dây như hình 5

Chỉnh điện áp cấp cho động cơ về không

Chỉnh điện trở mở máy về max

Chỉnh điện trở kích từ về min

Tăng điện áp cấp cho động cơ đến khi động cơ quay đạt 1200 v/p sau đó giảm điện trở mở máy về min

Điều chỉnh tốc độ của động cơ đạt 1200 v/p bằng cách điều chỉnh điện áp

Thay đổi điện trở kích từ, ghi nhận các giá trị vào bảng sau:

n(V/P)

Ikt(A)

Trang 8

Dựng đường đặc tuyến n=f(Ikt):

Chỉnh điện áp cấp cho động cơ về 0

Chỉnh điện trở tải về min

Chỉnh điện trơ kích từ về min

Tăng điện áp cấp cho động cơ đến khi động cơ quay đạt 1200 v/p Sau đó giảm điện trở mở máy về min

Điều chỉnh tốc độ của động cơ đạt 1200 v/p bằng cách điều chỉnh điện áp(giữ tốc độ động cơ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm)

Tăng điện trở tải, ghi nhận các giá trị vào bảng sau:

Trang 10

Dựng đường đặc tuyến n=f(Iư):

5.2 Động cơ kích từ song song:

5.2.1 Thí nghiệm không tải:

Nối dây như sơ đồ hình 7

Tiến hành tương tự như trường hợp động cơ kích từ độc lập, ghi nhận kết quả vào bảng:

Trang 12

Dựng đường đặc tuyến n = f (Ikt):

Chỉnh điện áp cấp cho động cơ về 0

Chỉnh điện trở tải về min

Chỉnh điện trơ kích từ về min

Tăng điện áp cấp cho động cơ đến khi động cơ quay đạt 1200 V/P Sau đó giảm điện trở mở máy về min

Điều chỉnh tốc độ của động cơ đạt 1200 V/P bằng cách điều chỉnh điện áp (giữ tốc độ động cơ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm)

Tăng điện trở tải, ghi nhận các giá trị vào bảng sau:

Trang 14

Dựng đường đặc tuyến n = f (Iư) ………

………

Iư (A)

n (V/P)

Trang 15

BÀI 2 THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Mục đích :

Khảo sát đặc tính của máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp ở chế độ làm

không tải, có tải

2 Các thiết bị sử dụng khi thí nghiệm:

- Động cơ DC kích từ nối tiếp

- Máy phát DC kích từ hỗn hợp

- Đồng hồ đo điện áp

- Bộ cung cấp nguồn

- Đồng hồ đo dòng điện

- Đồng hồ đo tốc độ

3 Thời gian:

4.1 Thí nghiệm không tải:

Đo dòng I=kp, Ep và dựng đường đặc tuyến Ep = f (Ikt)

Sơ đồ nguyên lý của máy điện một chiều cho trong hình 1

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp ( hình 2 ) kéo máy phát điện một chiều quay với tốc độ n = nđm = 1600 vòng/phút và giữ không đổi

Dòng Ikp chạy qua cuộn dây kích từ tạo nên φ (Ikt) (từ trường chính trong máy

phát) và Ep

Ep = Ke n φ(ikt)

Vì Ke và n không đổi, nên Ep = f(Ikt) có dạng đường cong từ hoá như hình 3

(Đường Ep = f(Ikt) có hai nhánh ứng với Ikt tăng và giảm Khi Ikt = 0 do từ dư nên

Trang 16

Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 16 4.2 Thí nghiệm có tải với kích từ độc lập: Đo Up, Ip và dựng đường đặc tuyếnUp = f(Ip) Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiềucho trong hình 4

A

Iư

V

Up

D2

Hình 2

Ep(V)

Ikt(A)

0

Ep 0

Hình 3

Ikt

RKt

A

D2

Iư

V

Up

_

•

+

Hình 4

Rt

Ip

Trang 17

Điều kiện thí nghiệm: Động cơ một chiều kéo rotor máy phát một chiều quay với n = 1600 vòng/phút và giữ n không đổi Chỉnh Rkt để Up = 200v Với nguồn UDC không đổi, Ikt xác định và φ(Ikt) không đổi Khi không tải Ep = Ke n φ(Ikt) có giá trị lớn nhất Tacó: Up =Ep – Rư Ip, phương trình điện áp mạch phần ứng Khi không tải, Iư(Ip) = 0; Up = Ep giá trị lớn nhất Khi có tải Ip ≠ 0, ta thấy Up giảm Các nguyên nhân gây ra giảm Up: Up giảm một lượng (Rư Ip): tổn hao điện áp trên dây quấn phần ứng Do tác dụng của phản ứng phần ứng, nên sức điện động Ep khi có tải sẽ nhỏ hơn lúc không tải Kết luận:

khi máy phát điện một chiều mang tải (Ip ≠ 0):Up sẽ giảm do tổn hao điện áp trên cuộn ây phần ứng (Rư Ip) và do phản ứng phần ứng Ip càng tăng, phản ứng phần ứng càng mạnh Up giảm càng nhanh Đường đặc tính Up = f(Ip) cho trên hình 5

Up

Ip

0

Hình 5

Trang 18

Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 18

5 Tiến hành thí nghiệm:

5.1 Cacù bước thực hiện:

5.1.1 Thí nghiệm không tải:

Trang 19

TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM:

Nối dây theo hình 6

Chỉnh variac cấp điện cho động cơ DC về 0

Chỉnh biến trở Rkt về giá trị max

Tăng điện áp variac từ từ để động cơ DC khởi động và quay với tốc độ định mức n = 1600 vòng/phút Giữ tốc độ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm

Giảm biến trở Rkt từ từ và ghi giá trị Ep và Ikt ở đồng hồ V2 và A2 vào bảng 1

Để kết thúc bài thí nghiệm, tắt bộ cung cấp nguồn cho động cơ sơ cấp

Trang 20

Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 20 Nhận xét: ………

………

Trang 21

TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM

Nối dây theo hình 7

Chỉnh variac cấp điện cho động cơ DC về 0

Chỉnh biến trở Rkt về giá trị max

Tăng điện áp variac từ từ để động cơ DC khởi động và quay với tốc độ định mức

n = 1600 vòng/phút Giữ tốc độ không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm (chỉnh Variac)

Chỉnh biến trở Rkt để Up =150V (đồng hồ V2)

Tăng biến trở tải Rt , ghi nhận các thông số Up, Ip (đồng hồ V2, A3) vào bảng 2

Để kết thúc bài thí nghiệm, tắt bộ cung cấp nguồn cho động cơ sơ cấp

Trang 22

Trang 24

Câu hỏi thí nghiệm:

a Tính độ sụt áp của máy phát khi tải định mức?

b Tính công suất của máy phát khi tải ứng với Ip = 1A ?

Trang 25

BÀI 3 : THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

THÍ NGHIỆM 1 : THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

Xác định tỷ số máy biến áp, tiến hành thí nhiệm không tải đo các thông số không tải, xác định công suất tổn hao không tải ( Tổn hao thép )

2 Các thiết bị sử dụng khi thí nghiệm

+ Máy biến áp 1 pha

+ Đồng hồ đo điện áp

+ Bộ cung cấp nguồn

+ Đồng hồ đo hệ số công suất

+ Đồng hồ đo dòng điện

+ Variac

3 Thời gian:

Khi máy biến áp hoạt động không tải cuộn dây bên thứ cấp hở mạch.Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp khi thực hiện thí nghiệm không tải (hình 1)

Trong đó :

R1 Điện trở nội sơ cấp

R2’ Điện trở nội thứ cấp đã qui đổi về sơ

cấp

X1 Điện kháng tản sơ cấp

X2’ Điện kháng tản thứ cấp đã qui đổi về

sơ ấp

Rm Điện trở từ hoá

Xm Điện kháng từ hoá

U1 Điện áp của sơ cấp

U2 Điện áp của thứ cấp

E1 Sức điện động sơ cấp

E2 Sức điện động thứ cấp

Hình 1

φ 0

Trang 26

Hình 2

U 10 (V)

I 10 (A)

n1 Số vòng sơ cấp

n2 Số vòng thứ cấp

I1 Dòng điện sơ cấp

I2 Dòng điện thứ cấp

Trong thí nghiệm không tải thì :

U10; U20 Điện áp sơ cấp và thứ cấp lúc không tải

I10 Dòng điện sơ cấp lúc không tải

Ta có phương trình cơ bản :

E1 = 4.44.f.n1φm

E2 = 4.44.f.n2.φm

Khi không tải : U10 ≅ E1; U20 ≅ E2

Tỷ số biến áp : k =

Khảo sát các đường đặc tuyến khi máy biến áp hoạt động không tải:

4.1 Đặc tuyến U10 = f( I10) (Dòng không tải phụ thuộc vào điện áp không tải):

U10 ≅ E1= 4.44.f.n1.φm

Trong đó φm là biên độ của từ thông φ; và φ = f(I10) có dạng như đường cong từ hoá Vì vậy U10 = f( I10) có dạng đường cong từ hoá

4.2 P0 = f(U10) Công suất không tải phụ thuộc vào điện áp không tải :

Từ sơ đồ thay thế máy biến áp hình 1 ta có công suất tổn hao không tải :

P0 = Ir2.Rm + R1 I102 ≅

m

2 10

R

U + R1 I102

R1 I102Tổn hao đồng trên cuộn dây sơ cấp

P 0 (W)

Trang 27

Do I10 nhỏ nên công suất tổn hao R1 I102 rất nhỏ và

m

2 10

R

U lớn hơn nhiều lần so với R1 I102

Ta có thể bỏ qua giá trị này Khi đó : P0≅

m

2 10

R U

Đường đặc tuyến P0 = f(U10) có dạng Parapol như hình 3:

5 Tiến Hành Thí Nghiệm

5.1 Các bước thực hiện

a. Sơ Đồ Thí Nghiệm

b Trình Tự Thí Nghiệm

+ Nối dây theo hình 4

+ Chỉnh Variac về 0

+ Cấp nguồn Variac

+ Điều chỉnh Variac để tăng U10 (chú ý khi tăng Variac , U10 không được vượt quá 220V)

Trang 28

+ Ghi lại các giá trị U10; I10; U20; vào bảng 1

+ Tính công suất không tải P0 = U10.I10.Cosϕ

+ Thay đổi để nhận 10 giá trị U10; I10; U20; P0

Trang 30

+ Variac

2 Thời gian:

Khi máy biến áp hoạt động ngắn mạch cuộn dây bên thứ cấp ngắn mạch.Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp khi thực hiện thí nghiệm ngắn mạch (hình 5)

Trang 31

Trong đó :

Rnm = R1 + R2’ Điện trở ngắn mạch

Xnm = X1 + X2’ Điện kháng ngắn mạch

Trong thí nghiệm ngắn mạch thì :

U1n Điện áp sơ cấp ngắn mạch

I1n Dòng điện sơ cấp lúc ngắn mạch

I2n Dòng điện thứ cấp lúc ngắn mạch

Pn Công suất ngắn mạch của máy biến áp

Khảo sát các đường đặc tuyến khi thứ cấp máy biến áp ngắn mạch:

4.1 Đặc tuyến U1n = f( I1n) (Điện áp ngắn mạch phụ thuộc vào dòng điện ngắn mạch):

Tứ sơ đồ thay thế hình 5, Ta có : U1n = I1n.Znm = I1n 2

Vì vậy U1n = f( I1n) có dạng đường cong như trong hình 6 Ở giai đoạn đầu có dạng đường thẳng sau đó mạch từ bắt đầu bảo hòa nên có dạng hơi cong

Trang 32

b) Đặc tuyến Pn = f(I2n):

Từ sơ đồ thay thế máy biến áp hình 5 ta có công suất tổn hao ngắn mạch:

Pn = Rnm I1n2 = (R1 + R2’) I1n2=(R1 + R2’) 2

K

1 I2n2

Công suất tổn hao đồng trên cuộn dây sơ cấp: R1 I1n2

Công suất tổn hao đồng trên cuộn dây thứ cấp: R2’ I1n2

Đường đặc tuyến Pn = f(I2n) có dạng Parapol như hình 7:

Trang 33

5 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

5.1 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

a Sơ Đồ Thí Nghiệm

+ Chỉnh Variac về 0(V)

+ Điều chỉnh Variac để tăng U1n (chú ý khi tăng Variac, U1n không được vượt quá 9V dùng đồng hồ VOM đo ở cấp điện áp 50V; dòng điện I1n, I2n không vượt quá I1đm, I2đm)

+ Ghi lại các giá trị U1n; I1n; I2n; Cosϕ vào bảng 2

+ Tính công suất ngắn mạch Pn = U1n.I1n.Cosϕ

+ Thay đổi để nhận 10 giá trị U1n; I1n; I2n; Pn

Trang 36

THÍ NGHIỆM 3: THÍ NGHIỆM CÓ TẢI MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

Tiến hành thí nghiệmcó tải : thứ cấp MBA nối với tải điện trở đo các thông số I1; I2; U1;

U2; Cosϕ; xác định công suất biểu kiến S1; S2; hiệu suất η%

+ Variac

3 Thời gian:

Khi máy biến áp hoạt động có tải cuộn dây bên thứ cấp nối với tải Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp khi thực hiện thí nghiệm có tải (hình 9)

Khảo sát các đường đặc tuyến khi máy biến áp có tải:

4.1 Đặc tuyến U2 = f( I2) Đường đặc tuyến ngoài của máy biến áp có dạng như hình 10 Khi không tải I2 = 0, U2 = U20 có giá trị lớn nhất Khi I2 tăng thì U 2 giảm Ta tính độ sụt áp ∆U = (U20 - U2).Vì vậy đường cong ở giai đoạn đầu có dạng đường thẳng sau đó có dạng hơi cong xuống

Hình 9

φ 0

φ t1

Trang 37

4.2 Đặc tuyến ηηηη% = f(S2):

Đường cong có dạng như hình 11

Hiệu suất của máy biến áp :

Công suất biểu kiến ở sơ cấp S1 = U1.I1 (VA)

Công suất biểu kiến ở thứ cấp S2 = U2.I2 (VA)

Trang 38