báo cáo thí nghiệm biến đổi năng lượng điện cơ

Đo công suất ở trường hợp tải cân bằng - không bù: -3 pha của động cơ được nối với 3 pha của nguồn điện nhờ GV hướng dẫn kiểm tra trước khi cấp điện cho tải.. -An toàn: gây hư cách điện

Bài 1: ĐO LƯỜNG MỘT TẢI 3 PHA

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~o0o0o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

I Mục tiêu:

Để tìm hiểu và làm quen với các thiết bị đo và phương pháp đo lường công suất tác dụng (W), công suất biểu kiến (VA), công suất phản kháng (VAR) và hệ số công suất PF () trong mạch ba pha

II Thiết bị thí nghiệm:

1.Bô nguồn công suất Electron:

4.Tụ điện 3 pha nối tam giác:

III Tiến trình:

A Lắp đặt thiết bị:

Nguồn điện ba pha được nối với một động cơ KĐB 1Hp 380 V nối Y

Sơ đồ nguyên lý động cơ AC không đồng bộ gắn với tải cơ học

Động cơ không đồng bộ, thông số: 2HP

220V/380V ( / ) Y

B Đo công suất ở trường hợp tải cân bằng - không bù:

-3 pha của động cơ được nối với 3 pha của nguồn điện (nhờ GV hướng dẫn kiểm tra trước khi cấp điện cho tải)

-Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách cấp nguồn từ bộ nguồn 3 pha và giữa giá trị điện áp không đổi (V < 200V) Đọc các giá trị của điện áp, dòng điện, hệ số công suất của từng pha bằng đồng hồ hiển thị trên bộ nguồn, đồng hồ kẹp và probe dòng

-Chú ý: SV nên khởi động và để động cơ chạy không tải để khoảng 5 phút nhằm ổn định các thông số động cơ trong suốt quá trình đo

Varms= 100.2 V Vbrms= 99.5 V Vcrms= 99.5 V

Iarms= 0.53 A Ibrms= 0.506 A Icrms= 0.504 A

-Vẽ đồ thị cho dòng điện 2 pha a và b trên cùng 1 đồ thị :

CH1: 0.2A/DIV CH2: 0.2A/DIV

Time: 5ms/DIV Ia(t)

Ib(t)

-Từ đồ thị tính giá trị dòng điện trong bảng :

Ia(t)= 0.8sin(100πt)A

Ib(t)= 0.76sin(100πt+1170

) A-Dòng điện trung tính In= 0.06 A

-Giải thích kết quả trên

Các giá trị điện áp:

.

0

0

0

0120120

.

.

A A

B B

C C

E I jZa E I jZb E I jZc

-Nguồn 3 pha không hoàn toàn đối xứng

-Tải không hoàn toàn đối xứng

-Đo công suất biểu kiến, công suất tác dụng và hệ số công suất trên từng pha:

C Đo công suất ở trường hợp không tải cân bằng - có bù:

-Tính giá trị tụ bù cần thiết để hệ số công suất đạt 0,95 trên mỗi pha ở điều kiện vận hành không tải (SV tự tính trước)

Hình động cơ AC không đồng bộ có bù tụ

Động cơ không đồng bộ, thông số:

2HP 220V/380V ( / ) Y

Vì tụ nối hình sao => Điện áp mỗi tụ:Utụ = Udây = 380V

Giá trị mỗi tụ cần phải bù là:

-Lấy tụ bù nối Δ gắn song song với động cơ không đồng bộ như hình vẽ

-Đo lại P,Q,S và PF trên từng pha của bộ nguồn

-Xác định giá trị tụ bù theo kết quả PF nhận được bằng công thức toán học:

Xác định giá trị tụ bù theo kết quả PF =1

D Đo công suất ở trường hợp không tải mất cân bằng:

-Tháo bộ tụ bù ra khỏi nguồn điện

-Mắc nối tiếp 1 điện trở có giá trị 6 ohm trên pha a của động cơ không đồng bộ với nguồn

-Đo lại các kết quả điện áp, dòng điện hiệu dụng, hệ số công suất trên từng pha

-Dòng điện trung tính In= 0.78A

-Giải thích kết quả trên:

-Do tải (động cơ) không lý tưởng Có sự chênh lệch trở kháng hay R0cũng là nguyên nhân dẫn đến dòng điện mỗi có độ lớn khác nhau và lệch pha không bằng 1200

-Trường hợp này ảnh hưởng lớn nhất là do sự mất cân bằng tải trên dây a có xuất hiện điện trở R=6Ω

Từ các nguyên nhân trên và dòng trên dây trung tính bằng tổng hợp các dòng trên các dây còn lại Vì thế sự chênh lệch đã làm nảy sinh dòng trung tính (dù rất nhỏ)

Phương pháp đại số giải mạch:

Các giá trị điện áp:

.

0

0

0

0120120

A A

E I

R jZa



.

B B

E I jZb

.

C C

E I jZc

Dễ thấy dòng điện trên dây trung tính khác nhau do sự bất đối xứng của dòng điện Nguyên nhân:

-Như phần B

-Nhưng chủ yếu là do tải không đối xứng:

 Có điện trở trên dây a => Độ lớn Ia giảm và Ia chậm pha hơn UAN 1 góc nhỏ hơn 900

 Ib, Ic tăng lên => dòng dây trung tính khác không

-Nhận xét về sự khác biệt về kết quả dòng trung tính trong thí nghiệm, từ đó suy ra kết luận về tác hại khi lưới điện mất cân bằng tải

+ Nhận xét về sự khác biệt về kết quả dòng trung tính trong thí nghiệm:

Trường hợp tải cân bằng - không bù Trường hợp không tải mất cân bằng

-Dòng trung tính vẫn tồn tại nhưng rất nhỏ

-Dòng dây trên các pha gần bằng nhau => tải

trên mỗi pha gần như nhau

-Dòng trung tính lớn hơn nhiều so với tải cân bằng

-Dòng dây trên các pha khác nhau => tải trên mỗi pha khác nhau

+Kết luận về tác hại khi lưới điện mất cân bằng tải:

-Lưới điện: gây tổn thất điện năng trong mạng điện Đặc biệt là lệch áp trung tính nếu RN

lớn và có thể gây đứt dây trung tính

-Phụ tải: lệch công suất pha, pha thì nặng tải, pha thì non tải => Giảm hiệu quả làm việc vủa máy phát và dễ gây cháy nổ

-An toàn: gây hư cách điện, giật điện, phỏng nếu chạm vào dây trung tính

-So sánh thí nghiệm C với B:

Thí nghiệm B (tải cân bằng) Thí nghiệm C (không tải cân bằng có bù C) Dòng trên từng dây gần bằng và lớn hơn thí

nghiệm C

=> Tổn hao trên dường dây lớn

=> Hiệu suất giảm

Dòng trên từng dây gần bằng và nhỏ hơn thí nghiệm B

=> Tổn hao trên dường dây giảm đáng kể

=> Hiệu suất tăng cao

-So sánh thí nghiệm D với B:

Thí nghiệm B (tải cân bằng) Thí nghiệm D (không tải mất cân bằng)

Dòng dây trên các pha gần bằng

=> Dòng trên dây trung tính rất nhỏ

=> Tổn thất trên dây trung tính nhỏ

Dòng dây trên các pha khác nhau

Dòng trên dây a giảm và dòng 2 dây còn lại tăng

=> Trôi điểm trung tính

=> Dòng dây trung tính lớn

=> Tổn hao trên dường dây cao

=> Hiệu suất giảm => gây tổn thấy và phi kinh tế

Bài 2: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

II Tiến trình:

Các module trong PTN được đấu theo mạng hai cửa như sau :

-Module đo điện áp và dòng điện :

- Module đo hệ số công suất :

- Đấu dây tổng quát Sinh viên dựa trên sơ đồ từng TN cụ thể mà đấu dây cho phù hợp

A Thí nghiệm không tải

+So sánh với đường cong từ hóa:

Đường cong từ hóa của chất sắt từ M(H), đường cong độ từ thẩm phụ thuộc vào từ trường

và các giá trị thu được: Từ độ bão hòa M s , từ thẩm ban đầu μ i , từ thẩm cực đại μ max

+Nhận xét:

Đường đặc tính không tải U10= f(I10) Đường cong từ hóa

-Có tính đồng dạng với nhau

-Đều là đường cong phi tuyến

-Sự phụ thuộc giữa U và I là phi tuyến và có

vùng bão hòa

-Có tính đồng dạng với nhau

-Đều là đường cong phi tuyến

-Sự phụ thuộc giữa B và H (cũng như sự phụ thuộc giữa Φ và I) là phi tuyến và có vùng bão hòa

-Ta xét các công thức sau:

Dòng điện I tỉ lệ với cường độ từ trường H

Hiệu điện thế U tỉ lệ với từ thông Φ tỉ lệ mật độ từ trường B

=> Đường đặc tính không tải U10= f(I10) có dạng giống với “Đường cong từ hóa”

-Tác hại khi MBA làm việc ở sâu trong vùng bão hòa:

Nếu lõi thép bị bão hòa thì khi U1 tăng dẫn đến I sẽ tăng đột biến, toàn bộ năng lượng tăng thêm của dòng sơ cấp tăng thêm này sẽ chuyển hóa hoàn toàn thành tổn hao nhiệt, có thể gây cháy nổ MBA

ii Cho biết ý nghĩa của giá trị P10 mà sinh viên đo được, trong dãy công suất đo được thì giá trị nào có ý nghĩa nhất khi vận hành máy biến áp? Tại sao?

+Ý nghĩa của giá trị P10 đo được:

P10 là công suất tổn hao không tải

Vì p Fe P10R I1 02 P10

+Trong dãy công suất đo được thì giá trị có ý nghĩa nhất khi vận hành máy biến áp là:

Giá trị công suất đo được tại áp định mức U10=220V

+Vì:

Đó là công suất tổn hao khi máy làm việc ở chế độ định mức Từ đó ta có thể thiết kế mạch mong muốn để đạt hiệu suất cao nhât hoặc có thể tính được hiệu suất của máy biến áp, các giá trị trở kháng tổn hao tương đương,

iii Có thể quy đổi tổn hao không tải từ các thí nghiệm mà U10 nhỏ hơn điện áp định mức (220 volts) về thí nghiệm không tải khi U10 ở điện áp định mức được hay không? Tại sao?

+Có thể quy đổi tổn hao được hay không: Không

o Với Bm là mật độ từ thông cực đại, Kh là hằng số phụ thuộc vào vật liệu lõi từ

 Tổn hao dòng xoáy do hiệu ứng tỏa nhiệt của dòng cảm ứng hình thành trong lõi thép:

 2 2 (W)

e e

P K f Bm

o Với Ke là hằng số phụ thuộc điện trở của vật liệu dùng dán các lá thép của lõi từ

Cả hai tổn hao đều tỉ lệ với mật độ từ thông cực đại(Bm) Chúng được gộp lại gọi là tổn hao từ hóa hay tốn hao lõi thép Giá trị của Bm sẽ phụ thuộc áp nguồn sơ cấp Vm

Vì thế, tại mỗi điện áp chưa đạt tới điện áp định mức Các giá trị tổn hao tính được đều khác nhau và còn phụ thuộc phi tuyến vào điện áp sơ cấp Nên ta khó có thể quy đổi được tổn hao ở điện áp nhỏ hơn điện áp định mức về tổn hao ở điện áp định mức

iv Từ các thông số đo được trong thí nghiệm không tải, ta tính các thông số cần thiết cho sơ đồ tương đương của máy biến áp

+Sơ đồ tương đương chính xác của máy biến áp trong thí nghiệm hở mạch:

+Sơ đồ gần đúng của máy biến áp trong thí nghiệm hở mạch:

A oc

i Từ các thí nghiệm ngắn mạch, ta tính các thông số cần thiết cho sơ đồ tương đương của máy biến áp

+Sơ đồ tương đương chính xác của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch:

+Sơ đồ gần đúng của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch:

+So sánh dạng của đường đặc tính của thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải Giải thích sự giống nhau và khác nhau

-Máy biến áp được khảo sát tới giá trị I định

mức bên sơ cấp

-U bên sơ cấp thấp, I bên sơ cấp cao

-Vẫn còn trong vùng tuyến tính Chưa xuất

hiện vùng bão hòa

-Máy biến áp được khảo sát tới giá trị U định mức bên sơ cấp

-U bên sơ cấp cao, I bên sơ cấp thấp -Xuất hiện vùng bão hòa

iii Có thể quy đổi tổn hao ngắn mạch từ các thí nghiệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện định mức (5A)

về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá trị định mức được hay không? Tại sao? Nếu được, sinh viên hãy quy đổi từ các giá trị đo được, so sánh kết quả thu được cho nhận xét

+Có thể quy đổi được hay không: Được

+Vì:

-Ở thí nghiệm ngắn mạch, quan hệ U và I gần như tuyến tính

-Ở sơ đồ gần đúng, ta thấy hầu như các thông số đo được đều không phụ thuộc vào tính chất của lõi thép mà chỉ phụ thuộc vào 2 cuộn dây đồng Nhưng với sơ đồ chính xác thì các thông số đo được vẫn phụ thuộc Nhưng do điện trở từ hóa và điện kháng từ hóa rất lớn, nên trong thí nghiệm ngắn mạch chúng không gây ảnh hưởng lớn => sự phi tuyến không ảnh hưởng nhiều lên thông

số mạch => các giá trị đo được đều tuyến tính => ta dễ dàng quy đổi từ thí nghiệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện định mức (5A)

+Nếu được, sinh viên hãy quy đổi từ các giá trị đo được, so sánh kết quả thu được:

+Quy đổi và so sánh -Xét bái toán với thông số đo được như sau:

98.13.6285.2

sc eq sc

P R I



193.6545.2

sc eq sc

V Z I



-Các thông số có giá trị xấp xỉ nhau

-Vì thế ta có thể quy đổi tổn hao ngắn mạch từ các thí nghiệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện định mức (5A) về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá trị định mức

-Các giá trị tổn hao đồng cũng rất quan trọng vì nó quyết định hiệu suất làm việc của máy biến

áp

-Sai số do tính toán, sai số phép đo, do chủ quan người đo đạc, …

iv Với quan điểm của người sử dụng, các thông số nào là quan trọng nhất trong thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch để có thể ghi trên nhãn máy Tại sao?

+ Các thông số quan trọng nhất trong thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch:

Ngoài các thông số định mức quan trọng như điện áp, dòng điện, công suất,… còn có thêm: tổn thất không tải, tổn thất đồng, tổng trở kháng ngắn mạch Z, điện áp ngắn mạch

+Vì:

Dựa vào các thông số này, người ta có thể:

-Thành lập và chọn lựa phương án thích hợp để cung cấp điện

+Sơ đồ mắc mạch:

Điều chỉnh variac sao cho điện áp U1 bằng điện áp định mức, thay đổi tải (bằng cách bật nối tiếp các công tắc trên hộp tải

Chú ý: Sinh viên phải ghi lại các giá trị tải bằng các vị trí của công tắc để so sánh với cùng kết

quả trong bài thí nghiệm số 3

Đo các giá trị theo bảng sau:

U2(V) 110 109 107 106 104.5 103 101 100

P2(W) 230.769 326.673 427.572 529.47 605.4939 668.8305 736.5627 799.2 U1(V) 220 220 220 220 220 220 220 220 I1(A) 1.16 1.6 2.03 2.5 2.92 3.34 3.75 4.15 P1(W) 249.075 347.072 440.794 545.05 637.903 730.391 820.875 909.348

i Vẽ đặc tính tải U2= f(I2) Tính độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấp ở giá trị định mức

+Tính độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấp ở giá trị định mức:

+Điểm hiệu suất cực đại: ƞ i = 0.481818 khi βi = 0.971415

+Nhận xét:

-Như vậy hiệu suất tải đạt cực đại khi hệ số tải nằm trong khoảng 0.4 đến 0.5

-Tại đây, Công suất tổn hao đồng bằng công suất tổn hao sắt từ

-Đối với các máy có công suất lớn Người ta thường thiết kế chế tạo đạt hiệu suất cực đại khi 0.45 0.5

+Tính các thông số bên sơ cấp:

-Với sơ đồ chính xác như sau:

-Ta xấp xỉ gần đúng sơ đồ sau:

2.7 6

4.2 4

+So sánh với giá trị đo được:

-Ta thấy các giá trị tính toán gần đúng với giá trị đo được

-Sơ đồ tương đương không ảnh hưởng nhiều đến sai số các giá trị tính toán

-Tuy vẫn còn có sai số do nhiều nguyên nhân như:

+Các thiết bị MBA, nguồn, … không chính xác

+Sơ đồ tính toán là sơ đồ tương đương

+Sai số dụng cụ đo

+Yếu tố môi trường

+Chủ quan người quan sát, đo đạc

iv Ứng dụng:

-Dùng để biến áp cho các hộ gia đình

-Dùng biến áp cung cấp cho các thiết bị như tivi, đầu máy,…

-Dùng biến áp cho các thiết bị có công suất nhỏ như điện thoại, máy tính,…

Bài 3: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CÓ NHÁNH PHÂN TỪ

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~o0o0o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

I Mục tiêu:

Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của cấu tạo mạch từ đến đặc tính làm việc của

máy biến áp Cụ thể là sự ảnh hưởng của từ thông rò lên giá trị điện kháng tản của máy biến

áp

II Thiết bị thí nghiệm:

- Máy biến áp 1 pha 220/110 volts, 5/10 A có nhánh phân từ và khe hở không khí

- Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi được cung cấp cho cuộn sơ cấp

của máy biến áp một pha

- Ampere kế, Volt kế và Watt kế

3.Variac : 4.Hộp điện trở :

Các module trong PTN được đấu theo mạng hai cửa như sau :

- Module đo điện áp và dòng điện :

- Module đo hệ số công suất :

- Đấu dây tổng quát Sinh viên dựa trên sơ đồ từng TN cụ thể mà đấu dây cho phù hợp

i Vẽ lại đặc tính không tải U10= f(I10) So sánh dạng của đặc tính này với dạng đặc tính thu được

ở bài thí nghiệm 2 Giải thích sự khác nhau nếu có?

+ Vẽ lại đặc tính không tải U10= f(I10)

Đặc tuyến bài 3

0 50

+ So sánh dạng của đặc tính này với dạng đặc tính thu được ở bài thí nghiệm 2

Đặc tuyến bài 2

+ Nhận xét và:

-Quan hệ U, I gần như là đường thẳng, tuyến

tính

-Chưa xuất hiện vùng bảo hòa

-Quan hệ U, I là đường phi tuyến

-Thấy rõ được vùng bảo hòa

+Giải thích:

-Vì MBA ở bài 3 có nhánh phân từ Nhánh này có tác dụng làm từ thông tăng chậm và tăng giới hạn vùng bảo hòa lên do lõi từ nhiều hơn Khe hở không khí giúp MBA khi hoạt động thì từ thông trên nhánh phân từ này rất nhỏ

-Vì từ thông tăng chậm hơn và vùng bảo hòa lớn hơn nên ở điện thế 220V thì ta vẫn chưa thấy hiện tượng bảo hòa MBA vẫn còn hoạt động trong vùng tuyến tính

-Vì có thể lõi từ được làm từ chất thuận từ và nghịch từ Ở các chất này thì đường cong từ hóa là tuyến tính

Đường cong từ hóa có dạng tuyến tính trong các chất thuận từ và nghịch từ

ii Từ các thông số đo được trong thí nghiệm không tải, ta tính các thông số cần thiết cho sơ đồ tương đương của máy biến áp

+Sơ đồ tương đương chính xác của máy biến áp trong thí nghiệm hở mạch:

0 50

+Sơ đồ gần đúng của máy biến áp trong thí nghiệm hở mạch:

A oc

+Sơ đồ tương đương chính xác của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch:

+Sơ đồ gần đúng của máy biến áp trong thí nghiệm ngắn mạch: