THỰC HÀNH MẠCH ĐIỆN TỬ

Xây dựng đồ thị vectơ điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều.. Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng điện áp trong mạch xoay chiều.. Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng dòng điện trong mạch

THÍ NGHIỆM SỐ 2 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

I.MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

1 Thực tập cách nối Ampemeter, Voltmeter, cosϕ, Oatmeter để đo I, U, cosϕ, P của mạch xoay chiều.

2 Thực tập cách xác định thông số của tải: R, XL , XC.

3 Xây dựng đồ thị vectơ điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều.

4 Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng điện áp trong mạch xoay chiều.

5 Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng dòng điện trong mạch xoay chiều.

6 Nghiên cứu chế độ làm việc của mạng 2 cửa không nguồn.

II CHUẨN BỊ TRƯỚC THÍ NGHIỆM:

1 Cách xác định điện trở R , L (RL+ jXL) và C(RC+ JxC) bằng thực nghiệm?

2 Hiện tượng cộng hưởng điện áp (nối tiếp) là gì? Khi nào xuất hiện hiện tượng cộng hưởng điện áp?

3 Hiện tượng cộng hưởng dòng điện (song song) là gì? Khi nào xuất hiện hiện tượng cộng hưởng dòng điện?

4 Bộ thông số A và Z Cách xác định các thông số mạng hai cửa A và Z?

Trang 10

5 Phát biểu định luật Kirchhoff 1 và 2 cho ảnh phức:

III NỘI DUNG THÍ NGHIỆM:

1 Tìm hiểu thiết bị trên bàn thí nghiệm:

 Nguồn xoay chiều 3 pha 380/220V qua CB và đèn tín hiệu.

 Máy biến áp từ ngẫu 1 pha qua khoá K1 , nút điều chỉnh điện áp ra U2.

 Tải trở R: 1 tải R cố định 60 Ω, Imax=4A 1tải R có thể biến đổi từ 0÷40Ω, Imax=3A

 Tải cảm XL có khóa điều chỉnh có 6 nấc 0, 1, 2, 3, 4, 5; điện áp vào tối đa là 220V, dòng điện tối đa các nấc tương ứng là 0, 1, 2, 3, 4, 5A

 Tải điện dung XC (Umax = 220V) có thể điều chỉnh 7 nấc bằng cách phối hợp các khóa đổi nối K2 và K3, mỗi khóa có 3 vị trí.

o (hở mạch) : tay đóng ở vị trí trung gian.

o (đóng mạch) : tay đóng bật lên trên.

o (đóng mạch) : tay đóng bật xuống dưới.

∗ Đồng hồ đo I Imax = 5A (Ki = 1/100, Ki = 1/120 hoặc Ki = 1/160)

∗ Đồng hồ đo U Umax = 500V

∗ Đồng hồ đo cosϕ (-600<ϕ <600) Imax = 5A , Uđm = 380/220V

∗ Đồng hồ Oatmet 3 pha, Imax = 5A, Uđm =380/220V(KP =1/200 hoặc KP =1/160)

∗ Panel thí nghiệm bố trí tương ứng hình 1:

CB : Aptomat tổng: đóng điện 3 pha vào bàn thí nghiệm.

K1 : khóa đóng điện vào từ ngẫu.

Trang 11

K2, K3 : khóa đổi nối để điều chỉnh điện dung XC.

KXL : khóa điều chỉnh các nấc của XL.

KU : tay điều chỉnh điện áp từ ngẫu.

KR : tay điều chỉnh biến trở R2.

Trang 12

*

A1 X1

UW, Cosϕ

A3

A2

A1

*

IW, Cosϕ

Nguồn 3 pha

C B A

K2

3

1 0

23

4 5 6

Min

Max

0

25 0

Tải C Tải L

2

K3

Điều chỉnh C Điều chỉnh L

R3

V

R1

R2

1 0 2

3 4 5 6

Điều chỉnh R2

Hình 1: Sơ đồ Panel thí nghiệm

Biến áp tự ngẫu

Đồng hồ Cosϕ

*

I * I U U *

*

Cos ϕ

Đồng hồ W kế

*

I * I U U *

*

∼

kW

2.Xác định các thông số R, XL , XC của tải bằng thí nghiệm:

a/ Điện trở R, XL , XC trong mạch xoay chiều được xác định theo biểu thức:

R=U/I ; XL=ωL ; XC=1/ωC ; ω = 314 I

U

ZL = ; L 2

I

P

L

2 L

L Z R

I

U

ZC = ; C 2

I

P

C

2 C

C Z R

b/Mạch điện thí nghiệm theo sơ đồ hình 2:

U = 220V

c/ Tiến hành thí nghiệm:

Sau khi được CBHD kiểm tra cho phép mới được đóng CB.

Trang 13

A1

X1

K

1

2

(hình 2)

 Từ ngẫu điều chỉnh về vị trí U2 = 0V

 Lần lượt xác định R, XL , XC (nối lần lượt R, XL , XC vào 2 điểm 1 và 2 trong mạch).

 Tăng dần từ ngẫu và ghi kết quả vào bảng ( chú ý dòng điện không được vượt quá 4A) Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng:

2

3

6

9

Nhận xét kết quả thí nghiệm và so sánh với giá trị thực tế

3.Xây dựng đồ thị vectơ tổng trở bằng thí nghiệm:

a/Trong một nhánh bất kì có tổng trở Z:

Z = U/I = R + jX = Z ϕ

X = XL - XC

C L

R C L

U

ϕ : góc lệch pha giữa .

U và I.

Z = R2 + X2 = R2 + ( XL − XC)2

S = UI = P + jQ = P + j(QL-QC) → S = P2 + Q2 = P2 + ( QL − QC)2

R I

U.R = . → P = I2R U.L = jXL I. → QL = I2XL

.

I jX

Đồ thị vectơ điện áp hình 3:

Trang 14 U∑

ϕ

ϕ

UR

U∑

UR

UL

ϕ > 0

3 - a

UR

I

Uc

U∑

UL

I

UC

ϕ < 0

3 - b

ϕ = 0

3 - c

UL

UC I

(hình 3)

Phụ thuộc vào thông số của mạch điện:

- Nếu UL > UC → ϕ > 0 hình 3-a

- Nếu UL < UC → ϕ < 0 hình 3-b

- Nếu UL = UC → ϕ = 0 hình 3-c Đồ thị vectơ công suất và tổng trở tương tự như trên.

b/ Sơ đồ thí nghiệm như hình 2

c/ Tiến hành thí nghiệm:

Lần lượt nối vào 2 điểm 1, 2 tổng trở Z với các trường hợp như sau (Chú ý: Điện áp nguồn U < 130V):

2. Z = R + jXL : R nối tiếp với XL

3. Z = R - jXC : R nối tiếp với XC

4. Z = R + j (XL - XC) : R, XL , XC nối tiếp nhau Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng: TT Kết quả thí nghiệm Kết quả tính toán U I UR UL UC Pđo P cos ϕ R XL XC P QL QC S ϕ 1 2 3 4 Xây dựng đồ thị vectơ điện áp trong 4 lần thí nghiệm theo tỉ lệ xích 1cm = vôn Xây dựng đồ thị vectơ công suất S = P + j(QL - QC) và Z = R + j(XL - XC) * So sánh góc ϕ giữa thí nghiệm với tính toán:

* Xây dựng đồ thị vectơ công suất S = P + j(QL - QC)

Trang 15

* Xây dựng đồ thị vectơ tổng trở Z = R + j(XL - XC)

* So sánh góc ϕ giữa thí nghiệm với tính toán:

4.Bằng thí nghiệm xác định hiện tượng cộng hưởng điện áp trong mạch điện xoay chiều:

a/ Trong mạch điện xoay chiều khi cảm kháng XL nối tiếp với dung kháng XC.

Nếu XL = XC → X = XL - XC = 0 (mạch chỉ còn R) ta có hiện tượng cộng hưởng điện áp và dòng điện trong mạch có trị số lớn nhất.

Từ sơ đồ hình 2:

.

U

− + Khi XL = XC → Z = R và I = U/R có giá trị lớn nhất và cosϕ =1 (ϕ =0)

b/ Sơ đồ thí nghiệm hình 4: XL và XC có thể điều chỉnh được.

Trang 16

A1

X1

A∑

W co sϕ K

V∑

R

VR VC

C

VL

L

U = 220V

(hình 4)

*

c/ Tiến hành thí nghiệm:

 Nối tắt XL và XC (mạch chỉ có R) xác định được dòng điện lớn nhất I=U/R

 Điều chỉnh từ ngẫu tăng U để I < 4A, giữ nguyên trị số U (U<130V).

 Khi bỏ dây nối tắt: Z = R + j(XL - XC).

 Điều chỉnh XL và XC sao cho UL > UC.

 Điều chỉnh XL và XC sao cho UL < UC.

 Điều chỉnh XL và XC để có I lớn nhất đã xác định ở trên (UL = UC).

Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng và dựng đồ thị vectơ:

Nhận xét: Về trị số của I, cosϕ, P lúc cộng hưởng so với khi chưa cộng hưởng điện áp và khi

chỉ có R

4 Vẽ đồ thị vectơ khi chưa cộng hưởng và khi cộng hưởng điện áp giữa U, UL , UC , UR , I.

5.Bằng thí nghiệm xác định hiện tượng cộng hưởng dòng điện: a/ Trong mạch khi điện cảm L, điện dung C và điện trở R nối song song nhau thì dòng điện trong mạch chính I = IL + IC + IR dòng điện IL và IC ngược chiều nhau Khi IL=IC dòng điện I sẽ có trị số bé nhất và xảy ra hiện tượng cộng hưởng dòng điện (hình 5)

Trang 17

IL=IC I∑= IR

ϕ = 0

IC

IL

I∑

IC

I∑ IL – IC

IL

IL

IC

IR

U

IR IC - IL

U

I∑

IL< IC

ϕ < 0

IL>IC

ϕ > 0

(hình 5)

Đồ thị vectơ được xây dựng vẽ trên hình 5

5-a: Khi IC  < IL → ϕ > 0 5-b: Khi IC l > IL → ϕ < 0 5-c: Khi IC = IL → cộng hưởng dòng điện ϕ = 0

ở trạng thái này I = IR = U/R b/ Sơ đồ thí nghiệm (hình 6):

c/Tiến hành thí nghiệm:

 Lắp sơ đồ theo hình 6, điều chỉnh U = 0V

Sau khi CBHD kiểm tra và cho phép mơí được đóng CB.

Chú ý: chỉ có R ; XL và XC chưa đóng khóa KL và KC

 Tăng dần điện áp để có IR < 3A

 Thay đổi vị trí khóa KL , KC sao cho IC > IL

 Thay đổi vị trí khóa KL , KC sao cho IC < IL

 Thay đổi vị trí khóa KL , KC để có IC = IL

Chú ý:

 Điều chỉnh XL bằng khóa KL.

 Điều chỉnh XC bằng phối hợp giữa K2C và K3C

Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng và vẽ đồ thị vectơ các trường hợp trên.

Nhận xét kết quả thí nghiệm và vẽ đồ thị vectơ các trường hợp trên:

Trang 18

X1

A1

IR IL IC

L

A∑

K

V

AC

U = 220V

AR

R1

AL

KL KC

C

Hình 6

*

6.Xác định các thành phần của ma trận đặc trưng cho mạng 2 cửa và kiểm chứng lại phương trình dạng A: a/ Tóm tắt lý thuyết: Mạng 2 cửa là mạng điện có dạng:

Trong đó U. 1, I.1: điện áp và dòng điện cửa vào U. 2, I.2: điện áp và dòng điện cửa ra Hệ phương trình dạng A của mạch điện 2 cửa tuyến tính không nguồn có dạng: 2 12 2 11 1 I A U A U = + 2 22 2 21 1 I A U A I = + (Ở đây chiều dòng điện I2 chọn cùng chiều với điện áp U2) Trong đó A11 = 2 1 2 1 U U U U = ∂ ∂ 0 2 = I A12= 2 1 2 1 I U I U = ∂ ∂ . 2 0 = U A21= 2 1 2 1 U I U I = ∂ ∂ 0 2 = I A22 = 2 1 2 1 I I I I = ∂ ∂ . 2 0 = U Tính chất của các thông số Aik: A = A11 A22 - A21 A12 = 1 b/ Sơ đồ thí nghiệm theo hình 7: Mạng 2 cửa có thể có nhiều dạng ( T, Π ) Ở thí nghiệm này chúng ta chỉ thí nghiệm với dạng T I .1 I .2 I .1 I.2 .0

I

Trang 19 1’ 2’ 1 Rtải VR1 VR2 A1 K V ∑ R1 Vt U = 220V R2 A2 A0 Vc C 2 Hình 7 1’ 1 2’ ZN2 ZN1 2 Zd Dạng Π 1 1’ 2’ 2 Z1 Z2 Dạng T Z0 2 U 1 U 2 U 1 U 1 1’ 2 2’ 1 U

1

Ngõ vào 1.1’ được cung cấp từ máy biến áp từ ngẫu.

Sau khi được CBHD kiểm tra và cho phép mới đóng điện.

Chọn R1 , R2 , Rtải , C thích hợp, tăng dần từ ngẫu sao cho:

U1 < 200 V ; I1 , I2 , Ic < 4A

c/ Tiến hành thí nghiệm:

1 Cho 2.2’ hở mạch (không nối vào Rtải) đo U1 , U2 , I1 , Ic.,

2 Cho 2.2’ ngắn mạch (nối tắt 2.2’) đo U1 , I2 , I1 , Ic.,

3 Nối 2.2’ vào tải Rtải đo U1 , I1 , U2 , I2 , Ic.,

Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng:

3 Khi có tải

Tính tóan kết quả

1 R1 = UR1 / I1 =

2 R2 = UR2 / I2 =

3 XC = UC / IC =

4 Rtải = Utải / I2 =

Xây dựng đồ thị vectơ dòng áp để xác định góc pha của chúng với giả thiết góc pha của U1 là 0o từ đó suy ra góc pha tương đối của U2 , I1 , I2 , IC Từ đó tính các Aik của mạng 2

cửa A11=

2 1

U

U

2 1

I

U

= (Khi U = 0). 2

A21 =

2 1

U

I

2 1

I

I

= (Khi . 2

U = 0)

Kiểm nghiệm các biểu thức:

A = A11 A22 - A12 A21 =

Trang 20

2 22 2 21 1

.

I A U A

→ U. 1 = Z11I.1+ Z12 I.2 =

2 22 1 21 1

.

I Z I Z

Trong đó theo lý thuyết:

ZC = -j XC = 1/A21

Z1 = R1 = (A11 - 1) ZC = (A11 - 1)/A21 =

Z2 = R2 = (A22 - 1) ZC = (A22 - 1)/A21 =

Trang 21