Thực hành thí nghiệm điện

TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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 + RƯ . IƯ (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. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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 RIU n ktE uud ,, 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. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 3 Hình 2. 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: Từ phương trình (3): )i(.K RIU n ktE uud ,, 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( An ktφ = 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. + - A IKt RKt F1 F2 UDC - A • Rm 1A UDC • • • + 2AIư ĐC TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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) O Iư (A) Hình 4. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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): )i(.K RIU n ktE uud ,, φ − = Với : U nguồn DC không đổi. A IKt RKt E1 E2 - A • Rm 1A • 2A Iư ĐC V • • + • • MF Ikt E1 E2 A V D2 D1 A2 A1 Iư Ip Up . Ep R1 . . TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 6 Iư ≈ Iuo dòng điện phần ứng không tải, nhỏ và không đổi nên RưIư không đổi. Do đó: )i( An ktφ = 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: Lần đo 1 2 3 4 5 6 7 n(V/P) Ikt(A) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 7 + _ Biến Trơ ûRkt 200 VDC _ + _ Biến Trở Rm 0…200 VDC + _ A1 A2 V1 Động cơ DC A1 A2 E1 E2 G/M A2 A1 E1 E2 + + + _ _ _ Hình 5. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 8 Dựng đường đặc tuyến n=f(Ikt): 5.1.2. Thí nghiệm có tải:
Nối dây như hình 6.
Chỉnh điện áp cấp cho động cơ về 0.
Chỉnh điện trở tải về min.
Chỉnh điện trở mở máy về max.
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: Lần đo 1 2 3 4 5 n(v/p) Iư(A) Ikt (A) n (V/P) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 9 hình 6. + + _ Biến Trơ ûRkt 200 VDC _ + _ Biến Trở Rm 0…200 VDC + _ A1 A2 V1 Động cơ DC A1 A2 E1 E2 G/M A2 A1 E1 E2 + + + _ _ G/M A2 A1 E2 + _ Biến Trở tải + E1 E2 D2 D1 A2 A1 E1 D1 D2 A3 + - V2 _ _ TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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: Lần đo 1 2 3 4 5 n(V/P) Ikt(A) Iư (A) n (V/P) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 11 _ _ Biến Trơ ûRkt + _ Biến Trở Rm A1 A2 V1 ĐỘNG CƠ DC A1 A2 E1 E2 G/M A2 A1 E1 E2 + + + _ _ _ + 0…200 VDC _ Hình 7. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 12 Dựng đường đặc tuyến n = f (Ikt): 5.2.2. Thí nghiệm có tải:
Nối dây như hình 8.
Chỉnh điện áp cấp cho động cơ về 0.
Chỉnh điện trở tải về min.
Chỉnh điện trở mở máy về max.
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: Lần đo 1 2 3 4 5 n (v/p) Iư(A) Ikt (A) n (V/P) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 13 + _ Biến Trơ ûRkt + _ Biến Trở Rm A1 A2 V1 A1 A2 E1 E2 G/M A2 A1 E1 E2 + + + _ _ G/M A2 A1 E2 + _ Biến Trở tải + E1 E2 D2 D1 A2 A1 E1 D1 D2 A3 + - V2 _ 0…200 VDC _ _ Động cơ DC Hình 8. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 14 Dựng đường đặc tuyến n = f (Iư) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Iư (A) n (V/P) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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: Hướng dẫn: 60 phút. Thực hành: 240 phút. 4. Tóm tắt lý thuyết: 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 Ep0 =1V đến 3V). Ikt E1 E2 RKt A D2 D1 A2 A1 Iư V Up , Ep . • • G • • + _ Hình 1. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện 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 D1 A2 A1 D + _ Hình 2. Ep(V) Ikt(A) 0 Ep 0 Hình 3. Ikt E1 E2 RKt A D2 D1 A2 A1 Iư V Up . _ G • • + Hình 4. Rt Ip TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện 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: + _ Biến Trơ ûRkt A2 G/M A2 A1 E2 E1 E2 D2 D1 A1 A2 E1 D1 D2 + - V2 + _ 0…200 VDC A1 V1 + + _ _ Động cơ DC A1 A2 G/M A2 A1 D2 D2 D1 D1 + + - - Hình 6. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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. Bảng 1. Ep Ikt Vẽ đặc tuyến Ep =f(Ikt). Ikt (A) Ep (V) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 20 - Nhận xét: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 21 - 5.1.2. Thí nghiệm có tải: 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. Bảng 2: Up(V) Ip(A) A2 G/M A2 A1 E2 E1 E2 D2 D1 A2 E1 A1 D1 D2 + _ 0…200 VDC A1 V1 + + _ _ Động cơ DC A1 A2 G/M A2 A1 D2 D2 D1 D1 + - + - V2 + _ Biến Trơ ûRkt Hình 7. Máy phát DC + _ Biến Trơ ûRt A3 + - TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 22 - TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện Trang 23 - Vẽ đặc tuyến Up = f(Ip) sau: Nhận xét: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Ip (A) Up (V) TTTH-TN Điện Tổ Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện Phòng Thí Nghiệm Máy Điện 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 ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………