intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN - BÀI 4

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

94
lượt xem
13
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'thí nghiệm máy điện - bài 4', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN - BÀI 4

  1. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän BÀI 4 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Nắm được phương pháp mở máy động cơ đồng bộ. - Nhận ra được sự khác nhau khi khởi động động cơ có và không có dòng điện - kích từ. Nắm được đặc tuyến E0=f(It) và E0=f(n) khi không tải. - Thấy được sự thay đổi điện áp khác nhau ứng với các loại tải khác nhau. - Nắm được phương pháp điều chỉnh dòng kích từ để điện áp tải không đổi khi tải - thay đổi. II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 2.1. Kiến thức cơ bản liên quan đến bài thí nghiệm: 2.1.1 Nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ: Nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ có nhiều điểm giống với máy điện không đồng bộ. Về cấu tạo và chức năng bộ phận stato của hai loại máy điện này đều giống nhau vì chúng có tác dụng tạo ra từ trường quay. Tuy nhiên tác dụng rotor của máy điện đồng bộ khá giống một nam châm vĩnh cửu hoặc một nam châm điện như hình 4.1. Hình 4 1: Hình 4.1:ủRotor củcơ ộng cơbộ ng bộ Rotor c a động a đ đồng đồ Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 51
  2. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 2.1.2 Máy điện đồng bộ hoạt động ở chế độ động cơ và máy bù: Rotor được kéo chuyển động dọc nhờ từ trường quay.Tuy nhiên, lúc khởi động động cơ đồng bộ, từ trường ngay lập tức quay với tốc độ đồng bộ ns trong khi rotor vẫn còn ở trạng thái nghỉ, nó không bắt kịp với từ trường quay và kết quả là moment khởi động yếu. Để cải thiện đặc tính khởi động động cơ đồng bộ, người ta thêm một lồng sóc vào rotor. Trong quá trình khởi động, không kích thích nam châm điện rotor, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong lồng sóc và động cơ bắt đầu quay giống như một động cơ không đồng bộ lồng sóc thông thường. Khi tốc độ của động cơ gần với tốc độ đổng bộ ns thì mới cấp dòng một chiều được cho nam châm điện, rotor bắt kịp từ trường quay và trở về tốc độ đồng bộ nS. Động cơ đồng bộ với rotor bằng nam châm điện vĩnh cửu không thể khởi động được bằng cách này bởi vì nam châm điện vĩnh cửu luôn luôn có từ tính. Trong trường hợp này, người ta dùng phương pháp thay đổi tần số để cung cấp nguồn cho cuộn dây stato của động cơ đồng bộ bằng nam châm vĩnh cửu. Tần số của nguồn xoay chiều ban đầu được đặt ở giá trị thấp. Điều này làm cho từ trường của stato quay với tốc độ chậm, do đó nó cho phép rotor bắt kịp với từ trường quay. Tần số của nguồn xoay chiều sau đó đều đặn tăng lên và nó làm tăng tốc độ động cơ đến trị số đã được tính toán. Đặc điểm quan trọng nhất của động cơ đồng bộ 3 pha là khả năng vận hành ở một tốc độ cố định giống như từ trường quay và nó có khả năng hoạt động với hệ số công suất thay đổi được tùy ý nên có thể tiêu thụ hoặc cung cấp công suất phản kháng cho nguồn điện xoay chiều. Một máy điện không đồng bộ luôn luôn tiêu thụ công suất phản kháng mặc dù nó có thể vận hành ở chế độ động cơ hoặc một máy phát điện bởi vì động cơ không đồng bộ cần công suất phản kháng để tạo ra từ trường quay. Trái lại đối với máy điện đồng bộ từ trường quay là tổng các từ trường được tạo ra bởi stato và rotor. Nếu từ trường của rotor yếu, stato phải cung cấp thêm công suất phản kháng cho từ trường quay. Vì vậy động cơ tiêu thụ công suất phản kháng như một cuộn cảm hoặc một động cơ không đồng bộ. Tuy nhiên nếu từ trường của rotor mạnh, stato sẽ làm giảm bớt từ trường và động cơ lúc này cung cấp công suất phản kháng như một tụ điện. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 52
  3. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Đồ thị quan hệ giữa công suất phản kháng Q với dòng kích thích It (dòng điện trong nam châm điện của rotor) của động cơ đồng bộ 3 pha vận hành không tải được biểu thị ở hình 4.2. Khi dòng kích thích It ở giá trị nhỏ, từ trường cung cấp bởi rotor yếu và động cơ tiêu thụ một công suất phản kháng lớn (Q là dương ). Công suất phản kháng tiêu thụ giảm khi tăng dòng điện It. Khi dòng It vượt quá một giá trị nhất định nào đó là phụ thuộc vào đặc tính của động cơ, từ trường của rotor sẽ mạnh để động cơ bắt đầu cung cấp công suất phản kháng có nghĩa là Q Hình 4.2:Quan hệ giữa công suất âm như mô tả ở hình 4.2. h kh id k hh h Như vậy một động cơ đồng bộ 3 pha không tải vận hành như một tải 3 pha có tính chất cảm hay dung phụ thuộc vào dòng kích thích It. Vì lẽ đó động cơ đồng bộ 3 pha không tải có thể sử dụng như là một tụ điện khi nó được sử dụng để điều chỉnh hệ số công suất trên lưới điện 3 pha. 2.1.3 Máy điện đồng bộ hoạt động ở chế độ máy phát: Các máy phát điện hiện nay chủ yếu là máy phát điện đồng bộ ba pha, hay còn gọi là máy dao điện. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy phát điện đồng bộ rất đơn giản và có thể giải thích qua hình 4.3. Một nam châm điện tạo ra từ trường bên trong rotor (phần quay). Nam châm này được kéo bởi một động cơ sơ cấp (chẳng hạn như turbine nước) để tạo ra một từ trường quay liên tục. Chính từ trường quay tạo ra từ thông biến thiên và tạo ra sức điện động trong cuộn dây stator. Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 53
  4. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Theo hình vẽ chúng ta thấy rằng đối với máy phát đồng bộ, sức điện động phát ra có dạng hình sin hơi méo. Các yếu tố như hình dạng cực từ rotor, cách quấn dây stator, tính chất mạch từ… quyết định độ méo dạng sóng điện áp phát ra của máy phát đồng bộ. Trong kỹ thuật người ta phải có những giải pháp để điện áp phát ra có dạng càng gần giống hình sin càng tốt. 2.2. Giải thích các thí nghiệm: Khi nghiên cứu máy điện đồng bộ chúng ta thống nhất các ký hiệu như sau: E0 ,U0 [V] : điện áp đầu cực máy phát lúc không tải. It [A] : dòng điện kích từ. U [V] : điện áp đầu cực máy phát lúc mang tải. I [A] : Dòng điện f [Hz] : Tần số In0[A] : là giá trị dòng điện kích từ tương ứng với U0=Uđm trong thí nghiệm không tải 2.3 Khảo sát máy điện đồng bộ hoạt động ở chế độ động cơ: 2.3.1 Đặc tính khởi động: Thí nghiệm này cho thấy moment mở máy của động cơ đồng bộ khác nhau trong hai trường hợp có và không có kích từ. Từ đây sẽ hiểu rõ hơn các phương pháp mở máy điên đồng bộ là phức tạp, nhất là đối với các máy có công suất lớn. Đấy là lý do chính tại sao động cơ đồng bộ ba pha trong thực tế không sử dụng phổ biến. 2.3.2 Khảo sát quan hệ I = f(It): Quan hệ giữa dòng điện trong stator I và dòng kích thích It của động cơ đồng bộ 3 pha Dòng Stator có dạng một đường cong hình chữ V như hình 4.4. Đồ thị này chỉ ra rằng dòng điện I có thể đạt giá trị nhỏ nhất khi đặt cho dòng kích thích một trị số tương ứng với điểm Dòng kích thích It công suất phản kháng giảm xuống 0. Khi đó hệ số công suất mạch stator cosϕ = 1. Khi Hình 4.4: Quan hệ giữa dòng điện thay đổi moment tải, đường cong vẫn giữ dạng chữ V như cũ nhưng có khuynh hướng dịch chuyển về phía trên (tăng I) vì khi đó công suất tiêu thụ của động cơ tăng lên. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 54
  5. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 2.4 Khảo sát máy điện đồng bộ hoạt động ở chế độ máy phát 2.4.1 Đặc tính không tải: Đặc tính không tải là quan hệ U0 = f(It) khi I = 0 và f = fđm. Đặc tính này cho biết chất lượng mạch từ của máy phát điện đồng bộ. Dạng đặc tuyến này giống như đường cong từ hóa. 2.4.2 Các đặc tuyến mang tải: Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I) khi It = Itđm; cosϕ = const và f = fđm. − Đặc tính điều chỉnh là quan hệ It = f(I) khi U = const; cosϕ = const và f = fđm. − Đặc tính tải là quan hệ U = f(It) khi I = const; cosϕ = const và f = fđm. − III. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: 3.1 Khảo sát động cơ đồng bộ: 3.1.1 Kết nối thiết bị, chuẩn bị thí nghiệm: Bước 1. Tắt nguồn, xoay núm điều chỉnh điện áp nguồn 3 pha về vị trí không. Trên máy đo moment, xoay núm LOAD CONTROL sang vị trí min. Bước 2. Lắp đặt thiết bị như hình 4.5. Chú ý các volt kế E1; E2 là loại xoay chiều thang đo 500V. Ampe kế I1 ; I2 là loại xoay chiều thang đo 2A (có thể không cần mắc E2 và I2 cho đơn giản). Ampe kế I3 là loại một chiều thang đo 500mA (DC). Hình 4.5 Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 55
  6. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 3.1.2 Thí nghiệm khởi động động cơ đồng bộ: Bước 3. Trên động cơ đồng bộ bật công tắc EXCITER vào vị trí 1 (đóng kích từ) và vặn núm EXCITER về vị trí MIN (một vòng ngược chiều kim đồng hồ). Bật nguồn điện và xoay núm điều chỉnh từ từ cho đến khi điện áp đạt được E1 = 380V. Quan sát quá trình khởi động của động cơ trong khi xoay núm điều khiển điện áp này cho đến khi điện áp được tăng đến 380V. Sau đó tắt nguồn, xoay núm điều khiển về vị trí ban đầu. Bước 4. Trên động cơ đồng bộ bật công tắc EXCITER vào vị trí 0 (ngắt kích từ). Bật nguồn điện và xoay núm điều chỉnh điện áp từ từ cho đến khi điện áp đạt được E1 = 380V. Quan sát quá trình khởi động của động cơ trong khi xoay núm điều khiển điện áp này cho đến khi điện áp được tăng đến 380V. Sau đó tắt nguồn, xoay núm điều khiển về vị trí ban đầu. So sánh moment khởi động của động cơ trong hai trường hợp thực hiện ở Bước 3 và bước 4. Bước 5. Từ kết quả nhận được, có thể rút ra kết luận khi khởi động động cơ đồng bộ có nên kích từ cho rotor nam trước hay không? Giải thích ngắn gọn. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. 3.1.3 Thí nghiệm khảo sát chế độ mang tải của động cơ đồng bộ: Bước 6. Bật nguồn điện. Trên động cơ đồng bộ bật công tắc EXCITER vào vị trí 1. Trên máy đo moment, lần lượt xoay núm LOAD CONTROL thay đổi giá trị moment cản từ 0 đến 0.8Nm (mỗi bước tăng 0.2Nm), đo và quan sát xem tốc độ của động đồng bộ có thay đổi không khi tải thay đổi? Đợi cho đến khi tốc độ của động cơ đồng bộ ổn định ghi lại tốc độ n của động cơ, dòng stator I , dòng kích từ It vào Bảng 4.1.3a. Chú ý : Khi đóng tải mà điện áp tăng vượt quá 380 V thì phải nhanh chóng lấy số liệu, không để tình trạng điện áp lớn này kéo dài gây cháy cuộn dây stato máy phát. M(N.m) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 n(v/p) I(A) It(A) Bảng 4.1.3a Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 56
  7. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 7. Trên máy đo moment, xoay núm LOAD CONTROL thay đổi giá trị moment cản đạt giá trị từ 0Nm. Xoay núm EXCITER để tăng dần kích từ. Khảo sát mối quan hệ giữa dòng kích từ It và dòng điện I nguồn cung cấp cho động cơ. Kết quả ghi vào Bảng 4.1.3b. It(A) I(A) Bảng 4.1.3b Bước 8. Lần lượt làm lại thí nghiệm ở Bước 7 ứng với các giá trị tải cản 0.25Nm; 0.50Nm; 0.75Nm và 1.00Nm. Kết quả ghi vào các bảng số Bảng 4.1.3c, Bảng 4.1.3d, Bảng 4.1.3e và Bảng 4.1.3f It(A) I(A) Bảng 4.1.3c (M=0.25 Nm) Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 57
  8. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän It(A) I(A) Bảng 4.1.3d (M=0.5 Nm) It(A) I(A) Bảng 4.1.3e (M=0.75 Nm) It(A) I(A) Bảng 4.1.3f (M=1 Nm) Bước 9. Chỉnh nguồn về không, tắt nguồn, tháo mạch, dừng thí nghiệm. Bước 10. Vẽ đồ thị quan hệ giữa dòng kích từ It và dòng điện I nguồn cung cấp cho động cơ tương ứng với các mô men tải khác nhau (M=0; 0,25; 0,5; 0,75; 1) vào cùng hệ trục tọa độ. Từ đó rút ra nhận xét. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 58
  9. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 3.2 Khảo sát máy phát điện đồng bộ: 3.2.1 Khảo sát các đặc tuyến không tải: Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 59
  10. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 1. Nối thiết bị theo như hình 4.6 Bước 2. Bật nguồn điện và đặt núm điều khiển điện áp sao cho động cơ sơ cấp quay với tốc độ định mức. Bước 3. Quan hệ E0 = f(It) khi I = 0 và f = fđm.: Trên máy phát điện đồng bộ, vặn núm điều chỉnh EXCITER để làm thay cường độ dòng điện kích thích It, ứng với mỗi giá trị của It đọc độ lớn của E1, E2, và E3 trên các đồng hồ đo ghi vào bảng số liệu. Biên độ các hiệu điện thế thay đổi như thế nào khi cường độ dòng điện It của máy phát điện đồng bộ giảm xuống? Giải thích ngắn gọn tại sao. Có phải sự thay đổi cường độ dòng điện It của máy phát điện đồng bộ ảnh hưởng tới tần số của các dạng sóng hiệu điện thế và sự dịch chuyển pha giữa các dạng sóng hiệu điện thế? Tại sao. It(A) E0(V) ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Bước 4. Quan hệ E0 = f(n) khi I = 0 và It = const: .Trên nguồn cung điện, điều chỉnh núm điều áp từ từ làm giảm tốc độ của động cơ, ứng với mỗi giá trị của n đọc độ lớn của E1, E2, và E3 trên các đồng hồ đo ghi vào Bảng 4.2.1. Biên độ và tần số của các dạng sóng hiệu điện thế thay đổi như thế nào khi tốc độ của máy phát điện đồng bộ giảm xuống? Giải thích ngắn gọn tại sao? It = (A) n(v/p) E0(V) Bảng 4.2.1 ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Bước 5. Tắt nguồn điện và vặn núm điều chỉnh điện áp nguồn về không. 3.2.2 Khảo sát các đặc tuyến mang tải: Bước 1. Nối thiết bị theo như hình 4.7. Các công tắc tải bật về vị trí OFF. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 60
  11. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 2. Bật nguồn điện và đặt núm điều khiển điện áp sao cho động cơ sơ cấp quay với tốc độ định mức. (n=1500 vòng/phút) Bước 3. Quan hệ U = f(I) khi It = const; cosϕ = 1 (tải thuần trở) và n=1500 vòng/phút (đặc tính ngoài): Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải R thay đổi, ứng với mỗi giá trị của R hãy ghi nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và điện áp U (đọc trên Volt kế E1). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2a. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho R. It = (A) Tải thuần trở R (Ω) Dòng tải I (A) Điện áp U (V) ∞ 5100 2700 2700//5100 1500 1500//5100 2700//1500 2700//1500//5100 Bảng 4.2.2a Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 61
  12. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 4. Quan hệ U = f(I) khi It = const; cosϕ = 0 (tải thuần kháng) và n=1500 vòng/phút (đặc tính ngoài): Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải L thay đổi, ứng với mỗi giá trị của L hãy ghi nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và điện áp U (đọc trên Volt kế E1). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2b. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho L. It = (A) Tải thuần kháng L (H) Dòng tải I (A) Điện áp U (V) ∞ 14 7 Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 62
  13. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 14//7 3,5 14//3,5 7//3,5 14//7//3,5 Bảng 4.2.2b Bước 5. Quan hệ U = f(I) khi It = const; cosϕ = 0 (tải thuần dung) và n=1500 vòng/phút (đặc tính ngoài): Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải C thay đổi, ứng với mỗi giá trị của L hãy ghi nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và điện áp U (đọc trên Volt kế E1). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2c. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho C. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 63
  14. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän It = (A) Tải thuần dung C (µF) Dòng tải I (A) Điện áp U (V) ∞ 0,75 1,5 0,75//1,5 3 0,75//3 1,5//3 0,75//1,5//3 Bảng 4.2.2c Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 64
  15. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 6. Quan hệ It = f(I) khi U = const; cosϕ = 1 và n=1500 vòng/phút. Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải R thay đổi, ứng với mỗi giá trị của R hãy điều chỉnh núm EXCITER trên máy phát điện đồng bộ để làm thay cường độ dòng điện kích thích It, sao cho U = const ghi nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và dòng điện kích thích It (đọc trên Ampe kế I3). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2d. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho R. U= (V) Tải thuần trở R (Ω) Dòng tải I (A) Dòng kích từ It (A) ∞ 5100 2700 2700//5100 1500 1500//5100 2700//1500 2700//1500//5100 Bảng 4.2.2d Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 65
  16. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 7. Quan hệ It = f(I) khi U = const; cosϕ = 0 (tải thuần kháng) và n=1500 vòng/phút. Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải L thay đổi, ứng với mỗi giá trị của L hãy điều chỉnh núm EXCITER trên máy phát điện đồng bộ để làm thay cường độ dòng điện kích thích It, sao cho U = const ghi nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và dòng điện kích thích It (đọc trên Ampe kế I3). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2e. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho L U= (V) Tải thuần kháng L (H) Dòng tải I (A) Dòng kích từ It (A) ∞ 14 Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 66
  17. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän 7 14//7 3,5 14//3,5 7//3,5 14//7//3,5 Bảng 4.2.2e. Bước 8. Quan hệ It = f(I) khi U = const; cosϕ = 0 (tải thuần dung) và n=1500 vòng/phút.. Lần lượt thay đổi vị trí các công tắc trên 3 pha để tải C thay đổi, ứng với mỗi giá trị của C hãy điều chỉnh núm EXCITER trên máy phát điện đồng bộ để làm thay cường độ dòng điện kích thích It, sao cho U = const ghi Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 67
  18. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän nhận dòng I (đọc trên Ampe kế I1) và dòng điện kích thích It (đọc trên Ampe kế I3). Kết quả ghi nhận vào Bảng 4.2.2f. Tắt hết các công tắc cung cấp dòng cho C. U= (V) Tải thuần kháng C (μF) Dòng tải I (A) Dòng kích từ It (A) ∞ 0,75 1,5 0,75//1,5 3 0,75//3 1,5//3 0,75//1,5//3 Bảng 4.2.2f. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 68
  19. Taøi lieäu höôùng daãn thí nghieäm Maùy ñieän Bước 9. Tắt nguồn, tháo mạch kết thúc thí nghiệm. Bộ môn kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử 69
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2