Bài giảng Thí nghiệm máy điện: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thí nghiệm máy điện: Phần 1 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Thí nghiệm máy biến áp một pha; thí nghiệm động cơ không đồng bộ 3 pha; thí nghiệm máy phát đồng bộ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thí nghiệm máy điện: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THÁI BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH BÀI GIẢNG MÔN THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN BẬC ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CUNG CẤP ĐIỆN Thái Bình, năm 2021 1
LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng Thí nghiệm Máy điện nhằm giúp sinh viên kiểm chứng giữa lý thuyết và thực hành về các thông số, đặc tính của các loại máy điện thông qua thí nghiệm trên các loại máy điện. Thí nghiệm về các chức năng điều khiển cơ bản để khảo sát đặc tính động của các loại máy điện. Thí nghiệm về thiết bị công suất ba pha, điều chỉnh hệ số công suất, máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện đồng bộ, máy điện một chiều. Đáp ứng động của các máy điện, động cơ bước. Bài giảng Thí nghiệm máy điện trang bị cho sinh viên những kiến thức căn bản nhất trong lĩnh vực này. Nội dung bài giảng gồm 6 bài thí nghiệm: BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA BÀI 2: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BÀI 3: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ BÀI 4: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VS (VARIABLE SPEED) BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU BÀI 6: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ BƯỚC (Stepper Motor) 2
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1 1.1. THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI 1 1.1.1. MỤC ĐÍCH 1 1.1.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1 1.1.3. NỘI DUNG 1 1.1.3.1. Tóm tắt lý thuyết 1 1.1.3.2. Khảo sát các đường đặc tuyến khi MBA hoạt động không tải 2 1.1.3.3. Tiến hành thí nghiệm 3 1.2. THÍ NGHIỆM CÓ TẢI 6 1.2.1. MỤC ĐÍCH 6 1.2.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 6 1.2.3. NỘI DUNG 6 1.2.3.1. Tóm tắt lý thuyết 6 1.2.3.2. Khảo sát các đường đặc tuyến khi MBA hoạt động có tải 6 1.2.3.3. Tiến hành thí nghiệm 7 BÀI 2: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 11 2.1. MỤC ĐÍCH 11 2.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 11 2.3. NỘI DUNG 11 2.3.1. Tóm tắt lý thuyết 11 2.3.2. Các phương pháp mở máy gián tiếp 12 2.3.3. Thí nghiệm có tải 15 2.3.4. Tiến hành thí nghiệm 17 BÀI 3: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 28 3.1. MỤC ĐÍCH 28 3.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 28 3.3. NỘI DUNG 28 3.3.1. Tóm tắt lý thuyết 28 3.3.2. Thí nghiệm không tải 29 3.3.3. Thí nghiệm có tải 30 3.3.4. Máy phát điện Đồng Bộ làm việc với điện áp không đổi 31 3.3.5. Tiến hành thí nghiệm 31 BÀI 4: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VS (VARIABLE SPEED) 36 4.1. MỤC ĐÍCH 36 4.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 36 4.3. NỘI DUNG 36 4.3.1. Tóm tắt lý thuyết 36 3
4.3.2. Tiến hành thí nghiệm 39 BÀI 5: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU 47 5.1. MỤC ĐÍCH 47 5.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 47 5.3. NỘI DUNG 47 5.3.1. Tóm tắt lý thuyết 47 5.3.2. Động cơ kích từ độc lập 49 5.3.3. Động cơ kích từ song song 51 5.3.4. Tiến hành thí nghiệm 52 5.3.4.1. Động cơ điện DC kích từ độc lập 52 5.3.4.2. Động cơ điện DC kích từ song song 56 BÀI 6: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ BƯỚC (Stepper Motor) 61 6.1. MỤC ĐÍCH 61 6.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 61 6.3. NỘI DUNG 61 6.3.1. Tóm tắt lý thuyết 61 6.3.2. Phạm vi sử dụng 64 6.3.3. Quan hệ giữa tần số xung cấp vào dây quấn Stator và tốc độ quay 64 6.3.4. Tiến hành thí nghiệm 65 6.3.4.1. Chế độ Handy 65 6.3.4.2. Chế độ tự động 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 4
BÀI 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 1.1. THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI 1.1.1. MỤC ĐÍCH Xác định tỷ số máy biến áp, tiến hành thí nghiệm không tải đo các thông số không tải, xác định công suất tổn hao không tải (tổn hao thép) 1.1.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Máy biến áp 1 pha + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo hệ số công suất + Bộ cung cấp nguồn, Variac 1.1.3. NỘI DUNG 1.1.3.1. Tóm tắt lý thuyết Khi máy biến áp hoạt động không tải là cuộn dây sơ cấp được cấp điện áp đúng định mức, còn thứ cấp hở mạch. Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp khi thực hiện thí nghiệm không tải (hình 1.1). Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý MBA không tải Trong đó: R1- Điện trở nội sơ cấp X1- Điện kháng tản sơ cấp R2’- Điện trở nội thứ cấp đã quy đổi về sơ X2’- Điện kháng tản thứ cấp đã quy đổi về cấp sơ cấp ’ Rm- Điện trở từ hóa n1- Số vòng sơ cấp Xm- Điện kháng từ hóa n2- Số vòng thứ cấp U10- Điện áp sơ cấp I1- Dòng điện sơ cấp U2- Điện áp thứ cấp I2- Dòng điện thứ cấp E1- Sức điện động sơ cấp E2- Sức điện động thứ cấp 1
Trong thí nghiệm không tải thì: U10, I10- Điện áp sơ cấp, dòng điện sơ cấp lúc không tải Ta có phương trình cơ bản: E1=4,44.f.n1.m; E2=4,44.f.n2.m U 10 n1 Khi không tải: U10E1, U20E2. Tỷ số biến áp: k = = U 20 n2 1.1.3.2. Khảo sá các đườ g đặc tuyến khi MBA hoạ động không tải a. Đặc tuyến U10=f(I10)- Dòng không tải phụ thuộc v o điện áp không tải U10E1=4,44.f.n1.m Trong đó m là biên độ của từ thông  và =f(I10) có dạng đường cong từ hóa như hình 1.2. Vì vậy U10=f(I10) có dạng đường cong từ hóa. Hình 1.2. Đặc tuyến U10=f(I10) b. Đặc tuyến P10=f(U10)- Công suất không tải phụ thuộc v o điện áp không tải Từ sơ đồ thay thế máy biến áp hình 1.1 ta có công suất tổn hao không tải: 2 2 U2 2 P0 = Ir .Rm + R1. I10  10 + R1. I10 Rm R1. I102- Tổn hao đồng trên cuộn dây sơ cấp 2
U2 Do I10 nhỏ nên công suất tổn hao R1. I 2 10 rất nhỏ và 10 lớn hơn nhiều lần so với Rm 2 2 U R1. I10 . Ta có thể bỏ qua giá trị này. Khi đó P0 10 . Đường đặc tuyến P10=f(U10) có R m dạng Parabol như hình 1.3 Hình 1.3. Đặc tuyến P10=f(U10) 1.1.3.3. Tiến hành thí nghiệm a. Sơ đồ thí nghiệm Hình 1.4. Sơ đồ thí nghiệm không tải MBA 1 pha b. Trình tự thí nghiệm - Nối dây theo hình 1.4 - Chỉnh Variac về 0 3
- Cấp nguồn cho Variac - Điều chỉnh Variac để tăng U10. Chú ý khi tăng Variac, U10 không được vượt quá 220V - Tính công suất không tải P0 = U10.I10.Cos - Thay đổi để nhận 10 giá trị U10, I10, U20, P0 Bảng 1: U10(V) U20(V) I10(A) P0(W) Cos c. Xây dự g các đườ g đặc tuyến - Đặc tuyến U10 = f( I10): 4
Nhận xét: ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ - Đặc tuyến P0 = f( U10): - Nhận xét: ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ 5
1.2. THÍ NGHIỆM CÓ TẢI 1.2.1. MỤC ĐÍCH Thứ cấp MBA nối với tải điện trở đo các thông số I1, I2, U1, U2, Cos. Xác định công suất biểu kiến S1, S2, hiệu suất % 1.2.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Máy biến áp 1 pha + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo hệ số công suất + Bộ cung cấp nguồn, Variac 1.2.3. NỘI DUNG 1.2.3.1. Tóm tắt lý thuyết Khi máy biến áp hoạt động có tải là cuộn dây thứ cấp nối với tải. Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp khi thực hiện thí nghiệm có tải (hình 1.5). Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý MBA có tải 1.2.3.2. Khảo sá các đườ g đặc tuyến khi MBA hoạ động có tải a. Đặc tuyến U2=f(I2) Đường đặc tuyến ngoài của MBA có dạng như hình 1.6. Khi không tải I2=0, U2=U20 có giá trị lớn nhất. Khi I2 tăng thì U2 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. 6
Hình 1.6. Đặc tuyến U2=f(I2) b. Đặc tuyến % = f(S2) S2 Đường cong có dạng như hình 1.7. Hiệu suất của MBA: % = .100% S1 Trong đó: Công suất biểu kiến sơ cấp S1=U1.I1 (VA) Công suất biểu kiến thứ cấp S2=U2.I2 (VA) Hình 1.7. Đặc tuyến % = f(S2) 1.2.3.3. Tiến hành thí nghiệm a. Sơ đồ thí nghiệm 7
Hình 1.8. Sơ đồ thí nghiệm có tải MBA 1 pha b. Trình tự thí nghiệm - Nối dây theo hình 1.8 - Chỉnh Variac về 0. Cấp nguồn cho Variac. Điều chỉnh Variac để điện áp cung cấp vào MBA U1=200V. Chỉnh biến trở để tăng tải. Chú ý khi tăng tải thì dòng I 2 không được vượt quá 9A - Ghi lại các giá trị U1, I1, U2, I2 vào bảng 2 - Tính công suất biểu kiến ở sơ cấp S1 = U1.I1 - Tính công suất biểu kiến ở thứ cấp S2 = U2.I2 - Thay đổi để nhận 10 giá trị U1, I1, U2, I2 Bảng 2: U1(V) I1(A) U2(V) I2(A) Cos S1(VA) S1(VA) % c. Xây dự g các đườ g đặc tuyến - Đặc tuyến U2 = f( I2): 8
Nhận xét: ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ 9
- Đặc tuyến % = f(S2) Nhận xét: ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... 10
BÀI 2: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 2.1. MỤC ĐÍCH Khảo sát quá trình mở máy và xác định các đường đặc tuyến khi động cơ mang tải 2.2. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc có các thông số: /Y 400V/692V I=1A, IY=0,58A P=0,37kW cos=0,72 N=1400rpm F=50Hz + Máy phát DC (kích từ hỗn hợp) + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo hệ số công suất, đo tốc độ + Bộ cung cấp nguồn 2.3. NỘI DUNG 2.3.1. Tóm tắt lý thuyết Khi mở máy trực tiếp có thể xem như động cơ hoạt động ở trạng thái ngắn mạch. Imm = (6  8).Iđm. Sơ đồ tương đương của động cơ ở trạng thái ngắn mạch: Hình 2.1. Sơ đồ tương đương của động cơ ở trạng thái ngắn mạch - Dòng điện mở máy được tính gần đúng như sau: U1 Imm = (A) (R1  R' )2 2  (X1  X' 2)2 Trong đó: R1- Điện trở nội của dây quấn Stator R2’- Điện trở nội của dây quấn Rotor đã qui đổi về Stator 11
X1- Điện kháng tản của dây quấn Stator X2’- Điện kháng tản của dây quấn Rotor đã qui đổi về Stator U1- Điện áp pha cấp cho động cơ 2 .......Các hươ g há mở máy gián tiếp a. ù g hươ g há đổi nối Y- Khi mở máy động cơ được đấu Y, sau khi mở máy xong động cơ được đấu  - Khi động cơ đấu Y, dòng điện mở máy: ImmY (A) - Khi động cơ đấu , dòng điện mở máy: Imm (A) - Theo lý thuyết Imm=3.ImmY với điện áp nguồn cấp cho động cơ không đổi * Ưu khuyế điểm: - Dòng mở máy giảm đi 3 lần - Momen mở máy cũng bị giảm đi 3 lần - Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ khi làm việc bình thường đấu  - Giá thành lắp mạch thấp b. Dùng cuộn kháng Hình 2.2. Mở máy gián tiếp dùng cuộn kháng Đồng hồ V1 đo điện áp định mức của động cơ: U1đm(V) Đồng hồ V2 đo điện áp đặt lên động cơ khi có cuộn kháng: UđcL(V) 12
U1ñm Đặt: k= gọi là độ giảm áp (Giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay UñcL đổi giá trị cuộn kháng L) Khi mở máy khóa D1 đóng điện áp trên động cơ là UđcL. Sau khi mở máy xong khóa D2 đóng, điện áp trên động cơ lúc này là U1đm. Động cơ làm việc bình thường. - Dòng điện mở máy trực tiếp: Imm(A) - Dòng điện mở máy qua cuộn kháng: ImL(A) Imm Khi đó: k= . Dòng điện mở máy khi có L giảm đi k lần so với mở máy trực tiếp ImL * Ưu khuyế điểm: - Dòng mở máy giảm đi k lần (giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi giá trị cuộn kháng L) - Momen mở máy giảm đi k2 lần - Phương pháp này sử dụng cho động cơ khi làm việc bình thường đấu Y/ c. Dùng điện trở Hình 2.3. Mở máy gián tiếp dùng điện trở Đồng hồ V1 đo điện áp định mức của động cơ: U1đm(V) Đồng hồ V2 đo điện áp đặt lên động cơ khi có điện trở: UđcR(V) 13
U1ñm Đặt: k= gọi là độ giảm áp (Giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay UñcR đổi giá trị điện trở) Khi mở máy khóa D1 đóng điện áp trên động cơ là UđcR. Sau khi mở máy xong khóa D2 đóng, điện áp trên động cơ lúc này là U1đm. Động cơ làm việc bình thường. - Dòng điện mở máy trực tiếp: Imm(A) - Dòng điện mở máy qua điện trở: ImR(A) Imm Khi đó: k= . Dòng điện mở máy khi có R giảm đi k lần so với mở máy trực tiếp ImR * Ưu khuyế điểm: - Dòng mở máy giảm đi k lần (giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi giá trị cuộn kháng R) - Momen mở máy giảm đi k2 lần - Phương pháp này sử dụng cho động cơ khi làm việc bình thường đấu Y/ d. Dùng máy biến áp tự ngẫu Hình 2.4. Mở máy gián tiếp dùng máy biến áp tự ngẫu Đồng hồ V1 đo điện áp định mức của động cơ: U1đm(V) Đồng hồ V2 đo điện áp đặt lên động cơ khi có máy biến áp tự ngẫu: UđcTN(V) 14
U1ñm USC Đặt: k= = gọi là độ giảm áp chính là tỷ số máy biến áp (Giá trị này có thể UñcR U TC thay đổi được bằng cách thay đổi tỷ số máy biến áp tự ngẫu) Khi mở máy khóa D1 đóng ở vị trí 2 điện áp trên động cơ là UđcTN. Sau khi mở máy xong khóa D đóng, điện áp trên động cơ lúc này là U 1đm. Động cơ làm việc bình thường. - Dòng điện mở máy trực tiếp: Imm(A) - Dòng điện mở máy qua biến áp tự ngẫu: ImTN(A) Imm Khi đó: k2= . Dòng điện mở máy khi có máy biến áp tự ngẫu giảm đi k2 lần so ImTN với mở máy trực tiếp * Ưu khuyế điểm: - Dòng mở máy giảm đi k2 lần (Giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi giá trị tỷ số máy biến áp tự ngẫu) - Momen mở máy giảm đi k2 lần - Phương pháp này sử dụng cho động cơ khi làm việc bình thường đấu Y/ - Giá thành lắp mạch cao 2.3.3. Thí nghiệm có tải Dùng máy phát điện một chiều làm tải cho động cơ Không Đồng Bộ, khi thay đổi tải của máy phát điện một chiều, nghĩa là tải của động cơ thay đổi a) Các đườ g đặc tuyến - Đo các giá trị: U1, I1, P1 và dựng các đặc tuyến I1 = f(P2), n = f(P2), M2 = f(P2), M2 cos = f(P2),  = f(P2) - Dựng các đặc tuyến I1 = f(P2), n = f(P2), M2 = f(P2), cos = f(P2),  = f(P2) như hình 2.5 Đường cong 1: thể hiện đặc tuyến I1 = f(P2) Đường cong 2: thể hiện đặc tuyến n= f(P2) Đường cong 3: thể hiện đặc tuyến M2 = f(P2) Đường cong 4: thể hiện đặc tuyến Cos = f(P2) Đường cong 4: thể hiện đặc tuyến = f(P2) 15
Hình 2.5. Các đường đặc tuyến của động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc a) Giải thích các đườ g đặc tuyến - I1=f(P2): Đặc tuyế dò g điện của độ g cơ Khi động cơ quay không tải I1= I10 (nhỏ) và động cơ Không Đồng Bộ tiêu thụ công suất P10 để bù vào các tổn hao trong máy. Khi tải tăng (P2 tăng) I1 tăng lên, giai đoạn đầu I1 tăng chậm, sau đó tăng nhanh hơn - n= f(P2): Đặc tuyến tốc độ Khi động cơ quay không tải nn1 (tốc độ quay của từ trường) Khi động cơ mang tải, tốc độ động cơ giảm và hệ số trượt s=(n1-n)/n1. (s  0.020.06) hệ số trượt s phụ thuộc vào tải, tải càng lớn s càng lớn - M2 = f(P2): Đặc tuyến momen P2 Ta có công thức: M 2  (N/m) 2 n 60 Khi tải P2 nhỏ, giá trị n gần như không đổi, nên M2=f(P2) có dạng đường thẳng. Khi tải P2 tăng, n giảm nên M2 tăng nhanh - Cos = f(P2): Đặc tuyến công suất Công suất động cơ KĐB tiêu thụ P1 = 3 U1 .I1.Cos 16