Thí nghiệm máy điện - bài thí nghiệm số 4- máy điện một chiều

Cäø goïp (vaình goïp hay coìn goüi laì vaình âäøi chiãöu) duìng âãø âäøi chiãöu doìng âiãûn xoay chiãöu thaình doìng âiãûn mäüt chiãöu (hçnh 4.3).gäöm nhiãöu phiãún âäöng hçnh âuäi nhaû[r]

BI THÍ NGHIỆM SỐ

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU I MỤC ĐÍCH V U CẦU THÍ NGHIỆM:

1 Mủc âêch:

- Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc máy điện chiều - Xác định thông số máy điện chiều

- Xác định số đường đặc tính máy điện chiều 2 Yêu cầu :

- Xem kỹ phần phụ lục để biết thiết bị, cách ghép nối, từ thuật ngữ cần thiết cho thí nghiệm

- Xem lại lý thuyết máy điện chiều

- Tìm hiểu cấu tạo ghi số liệu định mức máy điện chiều thí nghiệm

II TĨM TẮC LÝ THUYẾT

1. Cấu tạo nguyên lý làm việc

Máy điện chiều máy phát động điện có cấu tạo giống Những phần máy điện chiều gồm phần cảm (stator) phần ứng (phần quay, rotor)

Phần cảm hay gọi stator gồm có phận sau :

Hình 4.1Cực từ + Cực từ (hình 4-1) phận sinh

từ trường, gồm có lõi thép dây quấn kích từ lồng ngồi lõi thép cực từ, dòng điện chạy dây quấn kích từ cho cực từ tạo có cực tính liên tiếp luân phiên Cực từ làm thép kỹ thuật điện ép lại, tán chặc gắn vào vỏ máy nhờ bulông

+ Cực từ phụ đặc cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối gắn vào vỏ máy nhờ bulông

+ Gông từ dùng làm mạch từ, nối liền cực từ đồng thời dùng làm vỏ máy Trong máy điện nhỏ thường làm thép uốn hàn lại, máy điện lớn thương dùng thép đúc

Phần ứng máy điện chiều gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp trục máy Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ Nó hình trụ thường làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện mỏng ghép lại Các thép dập lỗ để gắn rôtor với trục lỗ thơng gió Mặt ngồi lõi thép dập rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 4.2)

Hình 4.3 Phiến đổi chiều cổ góp Hình 4.2 Lá thép rotor

Dây quấn phần ứng phần sinh sđđ có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện, gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp với nhau, đặt rãnh phần ứng tạo thành nhiều vịng kín

Cổ góp (vành góp hay cịn gọi vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều (hình 4.3).gồm nhiều phiến đồng hình nhạn ghép thành khối hình trụ, cách điện với cách điện với trục máy

Các phận khác trục máy, quạt làm mát máy

Sơ đồ nguyên lý làm việc máy phát điện chiều hình 4.4 Máy gồm có khung dây abcd có đầu nối với hai phiến góp Khung dây phiến góp quay quanh trục với tốc độ khơng đổi từ trường hai cực nam châm N-S Các chổi điện A, B đặt cố định luôn tỳ sát vào phiến góp

Hình 4.4Sơ đồ ngun lý làm việc máy phát chiều a).Mô tả nguyên lý máy phát; b) Sđđ máy phát có phần tử; c) Sđđ máy phát có nhiều phần tử

t e,i

t e,i

(a) (b) (c)

theo định luật cảm ứng điện từ, khung dây cảm ứng sđđ xoay chiều mà trị số tức thời xác định theo biểu thức :

e = Blv (4.1)

Trong âoï:

B: (T) từ cảm nơi dẫn quét qua

l (m): chiều dài dây dẫn nằm từ trường V (m/s): tốc độ dài dẫn

Chiều sđđ xác định theo qui tắc bàn tay phải Vậy theo hình 4.4a, sđđ dẫn ab nằm cực từ N có chiều từ b đến a, cịn dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c Nếu nối hai chổi A B với tải sđđ khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ chổi than A đến chổi than B

Khi phần ứng quay vịng, vị trí phần tử thay đổi, dẫn ab cực S, dẫn cd cực N, sđđ dẫn đổi chiều Nhờ chổi điện đứng yên, chổi A tiếp xúc với phiến góp trên, chổi B tiếp xúc với phiến góp dưới, nên chiều dịng điện mạch ngồi khơng đổi Nhờ cổ góp chổi than, điện áp chổi dòng điện qua tải điện áp dòng điện chiều

Nếu máy có phần tử, điện áp đầu cực máy phát hình 4.4b Để điện áp lớn đập mạch (hình 4.4c), dây quấn phần ứng phải có nhiều phần tử nhiều phiến đổi chiều

5.2.1 Nguyên lý làm việc động chiều

Ngược lại hình 4.5 mơ tả ngun lý làm việc động chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng tương hổ lên tạo nên momen tác dụng lên rotor, làm rotor quay Chiều lực tác dụng xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 4.5a)

Khi phần ứng quay vịng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, nhờ có phiến góp đổi chiều dịng điện, nên dịng điện chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi, lực tác dụng lên rotor theo chiều định, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi (hình 4.5b)

(a) (b)

2. Sđđ phần ứng mômen điện từ

Khi quay rôto, dẫn dây quấn phần ứng cắt từ trường phần cảm, dẫn cảm ứng sđđ trung bình :

(4.2) lv

B etb = tb âoï :

l Btb

τ Φ

= từ cảm trung bình khe hở; l chiều dài dẫn;

60 n p 60 Dn

v= π = τ tốc độ dài

Với: D: đường kính ngồi phần ứng; τ : bước cực; p : số đơi cực từ n : tốc độ vịng; Φ : từ thông khe hở cực từ

Hình 4.6 Xác định sđđ phần ứng momen điện từ máy điện chiều

a) Từ trường cực từ; b) Sơ đồ ký hiệu dây quấn; U Eư Eư iư iư S M n

Btb Bδ

τ

(a) (b)

Thế vào (4.2), ta có sđđ trung bình dẫn : 60

n etb =2pΦ

Từ phía cổ góp nhìn vào phần ứng ta thấy dây quấn biểu thị sơ đồ ký hiệu hình 4.6b Từ ta thấy dây quấn gồm nhiều phần tử nối tiếp tạo thành mạch vịng kín Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song Khi phần ứng quay, vị trí phần tử thay đổi nhìn từ ngồi vào nhiều mạch nhánh song song Sđđ phần ứng tổng sđđ dẫn nhánh Nếu gọi số dẫn dây quấn phần ứng N, số đôi mạch nhánh song song a (2a số nhánh song song), số dẫn nhánh song song N/2a Vậy sđđ dây quấn phần ứng sđđ nhánh song song bằng:

ΦΩ = Φ = Φ =

= tb E M

æ n k n k

a 60 pN e 2a N

E (4.3)

trong âoï:

60 2πn

=

Ω tốc độ góc phần ứng; a

60 pN kE = ,

a

pN kM

π

Từ công thức (4.3) ta thấy, để thay đổi sđđ phần ứng thay đổi tốc độ thay đổi từ thơng Φ tức thay đổi dịng điện kích từ muốn đổi chiều sđđ đổi chiều quay, đổi chiều dịng điện kích từ

Mơmen điện từ công suất điện từ máy điện chiều

Khi máy điện làm việc dây quấn phần ứng có dịng điện chạy qua Tác dụng từ trường lên dây dẫn có dịng điện sinh mômen điện từ trục máy

Lực điện từ tác dụng lên dẫn:

li B f = tb

Nếu tổng số dẫn dây quấn phần ứng N dòng điện mạch nhánh iư = Iư/2a mơmen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng:

2 D N l 2a I B

M= tb ỉ

trong đó: Iư : dịng điện phần ứng

a : số đôi mạch nhánh song song D : Đường kính ngồi phần ứng l : chiều dài tác dụng dẫn Do:

π τ = 2p

D vaì

l Btb

τ Φ

= , nãn ta cọ: ỉ

M

ỉ k I

I a

pN

M Φ = Φ

π

= (Nm) (4.4)

Từ công thức (4.4) ta thấy, muốn thay đổi mômen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư thay đổi dịng điện kích từ It Trong máy phát điện chiều mơmen điện từ mơmen hãm ngược chiều quay phát điện, động điện chiều, mômen điện từ mômen quay nên chiều quay với động

Công suất ứng với mômen điện từ lấy vào máy phát đưa động gọi công suất điện từ bằng:

(4.5) M

Pât =Ω

trong đó: M momen điện từ; Thay vào cơng thức ta có:

ỉ æ æ æ

t

â n I E I

a 60 pN 60 n I a pN M

P Φ π = Φ =

π = Ω

= (4.6)

Từ công thức nầy ta thấy quan hệ công suất điện từ với momen điện từ trao đổi lượng máy điện Trong máy phát điện công suất điện từ chuyển công suất MΩ thành cơng suất điện EưIư Cịn động điện, cơng suất điện từ chuyển công suất điện EưIư thành công suất MΩ

Tổn hao phương trình cân

Tổn hao máy điện chiều gồm loại sau:

+ Mở cửa sổ đo momen tốc độ để ghi số liệu

+ Đóng nguồn tăng dần điện áp đặt vào phần ứng động U = Uđm Điều chỉnh dịng điện kích từ để n = 1,05nđm (Khoảng 1575vg/ph) Sau xoay múm điều chỉnh Load control để tăng momen Trong trình tăng tải, đưa trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết đo vào máy tính Sau mở bảng số liệu đo ghi vào bảng

Baíng

Đặc tính N(Vg/ph)

T(N.m) I1(A)

E1(V)

b) Điều chỉnh tốc độ động chiều Kích Từ độc lập

• Thay đổi từ thơng: (Sơ đồ thí nghiệm hình 4.35)

Trình tự tiến hành sau :

+ Làm thí nghiệm lấy đặc tính Sau thay đổi dịng điện kích từ làm lại Lấy khoảng gía trị dịng kích từ Sau mở bảng số liệu đo ghi vào bảng

Baíng

Đặc tính it = A N(Vg/ph)

T(N.m) Đặc tính it = A

N(Vg/ph) T(N.m)

• Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng: (Sơ đồ thí nghiệm hình 4.35)

Trình tự tiến hành sau :

+ Làm thí nghiệm lấy đặc tính Sau thay đổi điện áp đặc vào mạch phần ứng làm lại Lấy khoảng gía trị điện áp đặc vào mạch phần ứng Sau mở bảng số liệu đo ghi vào bảng

Baíng

Đặc tính U = V N(Vg/ph)

T(N.m) Đặc tính U = V

N(Vg/ph) T(N.m)

IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

1 Từ số liệu bảng 1, tính điện trở cuộn dây theo công thức sau:

12 12

I U

R = ;

4 R R

R

Rtb = æ1 + æ2 + æ3 +Ræ4

2 Từ số liệu bảng 2, đo vẽ đặc tính máy phát điện Nhận xét đường đặc thính so sánh với dạng lý thuyết học

3 Tính độ biến đổi điện áp định mức máy phát chiều KT độc lập:

100 U

U E U

âm âm

âm%

− = Δ

4 Từ số liệu bảng vẽ đường đặc tính ngồi máy phát điện kích từ hổn hợp nối thuận nối ngược chung hệ trục tọa độ Nhận xét đường đặc thính so sánh với dạng lý thuyết học

5 Từ số liệu bảng đo vẽ đặc tính từ số liệu bảng 6, kết hợp với bảng vẽ họ đặc tính động điện chiều thay đổi từ thông thay đổi điện áp đưa vào mạch phần ứng Nhận xét đường đặc thính so sánh với dạng lý thuyết học

6 Trên sở số liệu bảng 5, tính vẽ đặc tính hiệu suất cảu động Khi khơng tải: Cơng suất tổng đưa vào máy kể tổn hao đồng:

f c Fe Cu

tg UI P P P P

P = = + + å +

Trong đó: PFe +Pcơ =Ptg −PCu với PCu = RưI2 Và P

f = tổn hao phụ không đáng kể V CÂU HỎI KIỂM TRA

1 Mục đích thí nghiệm

2 Phân biệt sơ đồ đấu nối kích thích độc lập, song song hổn hợp Ý nghĩa đường đặc tính máy

4 Cách xác định thơng số máy