Báo cáo Thí nghiệm máy điện một chiều - Bài 1: Cấu tạo của máy điện một chiều

BÀI 1. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Mục đích, yêu cầu. Nắm được cấu tạo của máy điện một chiều. Tìm hiểu và nắm được cấu tạo của máy điện một chiều. Nhận dạng và phân biệt được cấu tạo của máy điện một chiều với các loại máy điện khác. Nội dung thí nghiệm. Hình dạng bên ngoài của máy điện một chiều : Tuỳ theo từng mục đích sử dụng mà có rất nhiều loại máy điện với những kích cỡ và hình dáng khác nhau. Máy nhỏ có thể chỉ nằm gọn trong lòng bàng tay. Ví dụ như động cơ trong các đồ chơi của trẻ em, hoặc động cơ trong máy caset, thiết bị làm mát trong các thiết bị khác, Máy loại lớn là máy được sử dụng rộng rãi nhất, có thể là máy phát hoặc động cơ điện dân dụng. Ví dụ như : máy phát điện một chiều, động cơ đề trong các xe có sử dụng bộ đề nổ, Máy loại lớn là những máy thường dùng trong công nghiệp, ví dụ như máy phát của dùng Tuabin, .. thường là nhừng máy phát điện còn nhu cầu dùng những động cơ điện cực lớn thì it hơn rất nhiều. H1. Máy loại nhỏ. H2. Máy loại lớn. H3. Máy loại rất lớn. Cấu tạo của phần cảm (stato) : vỏ máy, cực chính, cuộn dây cực chính, mặt bích, Vỏ máy : thường được làm bằng Gang hoặc thép, miễn sao đảm bảo độ cứng khi va đập. Đối với những loại máy nhỏ thì người ta không cần quan tâm tới tản nhiệt, tuy nhiên với những máy công suất lớn vỏ máy được chế tạo có nhiều rãnh trên bề mặt để giúp tản nhiệt được tốt hơn. Vỏ thường được đúc liền với các bộ phận nhằm cố định máy khỏi rung và xê dịch khi hoạt động. H4. Vỏ của một máy, mặt bích của một máy điện loại nhỏ vừa. Cực chính (cực phụ ): là bộ phận để tạo ra từ thông chính của máy, gồm các lá thép kỹ thuật mỏng ghép lại với nhau bằng đinh tán. Phía quay vào phần ứng có bề mặt trải rộng hơn nhằm giúp cho từ thông đi vào khe hở không khí dễ dàng hơn. Trên lõi của cực chính có quấn các cuộn dây kích thích để cho dòng điện một chiều đi qua ( với những máy có công suất lớn H5. Một máy điện có 4 cực chính người ta thường làm các rãnh để đặt thêm các cuộn bù). . Cực phụ cũng tương tự như cực chính nhưng nhỏ hơn và phần đầu quay vào phần ứng thì để nhọn. Cực phụ cũng được quấn các cuộn dây kích thích để cho dòng một chiều đi qua. Cực chính được đặt xen kẽ váo giữa các cực chính. Cuộn dây cực chính được làm băng đồng, có nhiều tiết diện khác nhua tuỳ thuộc vào loại máy điện sử dụng. Các sợi dây này cũng được sơn cách điện bề mặt để khi quấn tránh hiện tượng ngắn mạch. Trên H5 cuộn dây cực chính đã được bọc lớp vỏ bảo vệ. Mặt bích: Thường là bộ phận bảo vệ phía sau của máy, mặt bích có thể tháo lắp dễ dàng khi cần sửa chữa, bảo dưỡng ( trên hình H4 có cả mặt bích ở phía sau). Với những máy loại nhỏ mặt bích còn dùng để cố định máy điện với những bộ phận khác. H6. Mặt bích của máy điện loại lớn và nhỏ Hộp đầu cực : các đầu đấu dây, tụ điện. Là nơi nối các dây lại với nhau, thông thường ở hộp đấu cực có mắc thêm các tụ điện thích hợp. H7. Hộp đấu cực của máy điện Cấu tạo phần ứng (Rôto) : lõi thép, cuộn dây phần ứng. Lõi thép của phần ứng được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện, chúng được sơn cách điện với nhau, dùng giấy cách điện hay dùng một lớp ôxy hoá ở giữa để làm cách điện. Trong các máy công suất lớn thì làm các rãnh thông gió theo chiều bán kính. Phần ứng quay liên H8. Lõi thép của máy điện một chiều tục với vận tốc rất lớn sẽ rất nóng, các rãnh thông gió này có tác dụng làm mát lõi thép phần ứng. Cuộn dây phần ứng được chế tạo bằng đồng trên những khuôn đặc biệt và được đặt vào các rãnh của lõi thép phần ứng, chúng đựơc nối với nhau theo nhiều cách khác nhau. H9. cuộn dây phần ứng Cấu tạo cổ góp và chổi than : Cổ góp được chế tạo từ phiến đồng, được cách điện với nhau và cách điện với trục. Chổi than dùng để đưa điện ra mạch ngoài hoặc là dẫn điện vào máy. Chổi than được làm từ bột grafit trộn với bột đồng và ép lại thành khuôn. Chổi than có độ cứng vừa phải để khi bị ép vào cổ góp, chổi than sẽ bị mòn dần theo thời gian làm việc của máy. H10. Cổ góp H11. Chổi than Các thông số hộ chiếu của Máy điện một chiều. Mỗi mộit thiết bị nói chung, nột máy điện nói riêng đều có các thông số đặc trưng gọi là thông số hộ chiếu. Thông số hộ chiếu cho biết được tính năng làm việc. Với một máy điện một chiều các thông số sẽ cung cấp cho người sử dụng biết được khả năng làm việc của máy : Công suất, tốc độ. Đặc biệt là biết được các giá trị định mức của áp và dòng để từ đó có cách sử dụng an toàn hiệu quả. Ví dụ : Máy điện một chiều, Mã hiệu 223964 có các thông số sau : U = 220V à Điện áp định mức. I = 13.7A à Dòng điện định mức. P = 2,3KW à Công suất định mức. n = 1500 vòng / phút à Tốc độ quay định mức. Nhận xét kết quả thí nghiệm. Qua thí nghiệm về máy điện một chiều sẽ có thêm kiến thức về máy điện, về hình dạng và nguyên lý hoạt động. Biết được phạm vi ứng dụng của các máy điện một chiều trong đời sống. Biết cách bảo dưỡng máy điện một chiều thường dùng. BÀI 2. CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP Mục đích, yêu cầu. Nắm được cấu tạo của máy biến áp một pha, ba pha. Hiểu được nguyên lý hoạt động của máy biến áp một pha, ba pha. Nhận dạng để phân biệt được máy điện vơí các loại máy điện khác. Nội dung thí nghiệm. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một MBA đơn giản. Giới thiệu một MBA thông dụng. Tìm hiểu hình dạng bên ngoài , vỏ máy, nắp máy. Máy biến áp có rất nhiều loại với nhiều kích cỡ khác nhau. Từ loại rất nhỏ như trong một số cục sạc Pin điện thoại, cục nắn dòng trong các chiếc Radio cho đến những loại rất lớn với công suất lên đến hằng trăm KVA. Đối với những máy biến áp nhỏ, vỏ ngoài không đóng vai trò quan trọng lắm ngoài nhiệm vụ bảo vệ trống va đập. Tuy nhiên với những máy công suất loại lớn thì vỏ ngoài lại giữ vai trò hết sức quan trọng, nó làm nhiệm vụ bảo vệ khỏi va đập, còn là vỏ của thùng dầu bảo vệ cho máy và cách điện. Vỏ ngoài thường có rất nhiều rãnh xung quanh, hoặc là các ống dẫn làm nhiệm vụ tản nhiệt cho máy biến áp. H11. Một số loại hình dạng máy biến áp khác nhau Các loại thùng dầu, sứ vào, sứ ra và các bộ phận chính trên nắp thùng dầu. Thùng dầu thực chất là bộ phận vỏ của máy biến áp. Với những máy biến áp công suất nhỏ ( < 30 KVA ) có dạng thùng dấu phẳng. Máy biến áp có công suất từ trên 30 – 3.000 KVA có dạng kiểu thùng ống, đó là các ống dầu có đường kính khoảng 50 mm gắn vào vách thùng dầu. Máy biến áp có công suất lớn đến 10.000 KVA thì dùng thùng dầu có bộ tản nhiệt và được làm lạnh tự nhiên. Bộ tản nhiệt gồm có 2 ống góp trên và dưới được gắn vào vách thùng dầu, các ống góp có thể gồm nhiều hàng ống nhỏ song song nhau, các ống nhỏ này có kích thước vào khoảng 50mm. Trong lòng các hàng ống có đặt quạt gió làm bộ phận tạo mát cho các ống dầu và làm mát thùng dầu. Ngoài ra với những thùng dầu thông thường người ta cũng chế tạo có các khe, rãnh giúp làm mát cho vỏ máy biến áp. Trên thùng dầu có các bộ phận giúp cố định, di chuyển như giá cố định, bánh lăn, quai móc. Trên thùng cũng có gắn các ống giúp cho việc đổ dầu và thay dấu định kì được thuận tiện. Chất liệu làm vỏ thùng dầu cũng phải đảm bảo khả năng chống chịu được những va đập thông thường, nếu không có thể dẫn đến nổ, vỡ hay dạn nứt thùng dầu. Nắp thùng dầu : là bộ phận quan trọng của thùng dầu, trên nắp thùng dầu có đặt các sứ ra và sứ vào của dây quấn cao áp và hạ áp. Những máy biến áp trên 100KVA có đặt bình dãn dầu, còn những máy trên 1000KVA thì có đặt các ống có màng bảo vệ trên nắp thùng dầu. Bình dãn dầu là một thùng hình trụ, được nối với thùng dầu bằng dẫn dầu. Bình dãn dầu dùng để kiểm tra dầu trong thùng và giúp dầu có thể dãn nở khi nhiệt độ thay đổi. Ống có màng bảo vệ có tác dụng bảo vệ thùng dầu khỏi bị hư hỏng khi có sự tăng áp suất bên trong thùng dầu do máy biến áp xảy ra ngắn mạch. Ống này là một ống thép, một đầu được gắn kín bằng một đĩa thuỷ tinh, một đầu được nối với thùng dầu. Khi áp suất quá lớn đĩa thuỷ tinh sẽ bị phà vỡ để đẩy dầu ra ngoài, tránh làm hư hỏng các thiệt bị bên trong. Rơle hơi là thiết bị kiểm soát một cách tự động điều kiện làm việc cơ học của thùng dầu nhằm đảm bảo an toàn. Mặt bích dùng để nối với máy bơm chân không. Các ống dẫn trên thùng dầu đều có màng bảo hiểm. Sứ cách điện : Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, thuận tiện cho việc lấy điện áp ra hoặc đưa áp vào, trên máy biến áp có làm các sứ ra và sứ vào. Đó là loại sứ cách điện bên trong để rỗng có để các lõi thép làm chức năng dẫn điện. Với cả cao áp và hạ áp đều phải dùng sứ ra hoặc sứ vào để đưa điện. sứ cách điện còn là bộ phận làm hạn chế các tác động của thiên nhiên như sấm sét. H12. Sứ cách điện vào ra. Dầu máy biến áp : Dùng để làm cách điện và làm nguội lõi thép và dây quấn ( phần tác dụng ) của máy biến áp được tốt hơn, dầu được sử dụng thường là dầu mỏ ( My – piranol, Nga – xaptol), là loại dầu không cháy và không nổ. Tìm hiểu về cấu tạo phần lõi thép của máy biến áp. Lõi thép của máy biến áp được ghép từ các lá thép máy biến áp(đặc biệt), só độ dày 0.35 – 0.5mm. Có 2 loại thép máy biến áp, đó là thép dát nóng và thép dát nguội( thép dát nguội có tính chất từ tốt hơn). Giữa các lá thép có đặt lớp giấy cách điện hoặc sơn một lớp sơn cách điện, đôi khi người ta dùng chính lớp ôxy hoá để làm cách điện với những máy có công suất thấp. Dựa theo đặc điểm về cách ghép lõi thép tuỳ vào mục đích sử dụng mà có 2 loại lõi thép khác nhau, đó là : lõi thép kiểu vỏ và máy biến áp kiểu lõi. + Máy biến áp kiểu lõi : có các dây quấn bọc phần lá thép. + Máy biến áp kiểu vỏ : máy có một phần lá thép bao bọc dây quấn. H13a. Máy biến áp kiểu lõi H13b. Máy biến áp kiểu vỏ Cấu tạo dây quấn của máy biến áp. Dây quấn cũng là bộ phận rất quan trọng của máy biến áp, tuỳ theo kích thước dây quấn và cách quấn dây người ta chế tạo ra các máy biến có công suất và công dụng khác nhau. Dây quấn của máy biến áp phải đảm bảo những yêu cầu sau : + Dây quấn phải đảm bảo tính kinh tế nhưng vẫn đạt hiệu suất cao khi sử dụng. + Tình trạng nhiệt của dấy quấn phải đảm bảo các điều kiện tiêu chuẩn và hiệu suất khi sử dụng. + Dây quấn phải có tính ổn định về mặt cơ học khi sử dụng. + Dây quấn phải đảm bảo ổn định điện khi xảy ra quá điện áp. Tuỳ theo cách bố trí dây quấn cao áp và hạ áp, người ta chia thành dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ: + Dây quấn đồng tâm : dây quấn có mỗi tiết diện là những vòng tròn đồng tâm. + Dây quấn xen kẽ là dây quấn có cao áp và hạ áp quấn đan xen vào nhau. Có một số loại dây quấn đồng tâm phổ biến sau : Dây quấn từng lớp hình trụ; Dây quấn xoắn ốc; Dây quấn liên tục. + Dây quấn xen kẽ: Các cuộn dây cao áp và hạ áp xếp xen kẽ nhau theo dọc trục của MBA. H13a. Dây quấn đồng tâm H13b. Dây quấn xen kẽ Thông số hộ chiếu của Máy biến áp. Trên Máy biến áp cũng có ghi Mã hiệu và những thông số điện, gọi là các thông số hộ chiếu : Dòng, áp, Công suất, tần số, Các thông số cho biết khả năng làm việc và khả năng chịu tải của Máy biến áp. Từ các thông số này mày người sử dụng biết cách khai thác máy một cách có hiệu quả và an toàn. Ví dụ các thông số của một máy biến áp như sau: Mã hiệu : SE 2662-4Q. Đây là máy hạ áp nên : U = 115V ; I = 2,6A. à Là điện áp và dòng đầu ra định mức. U = 230V ; I = 1,3A. à Áp và dòng đầu vào định mức. f = 30 -:-- 60Hz à Khoảng tần số làm việc của máy. Nhận xét kết quả thí nghiệm. Qua bài thí nghiệm về Máy biến áp giúp cho mối sinh viên có thêm kiến thức về MBA, biết phân biệt hình dạng của MBA với một số loại máy điện khác. Hiểu được nguyên lý làm việc của MBA, từ đó có thể vận dụng vào việc sử dụng, bảo dưỡng các MBA trong đời sống. Biết được cách thức tổ chức, hoạt động của các trạm biến áp để từ đó giảm ảnh hưởng của trạm biến áp đối với con người cũng như góp phần bảo quản tốt tài sản. BÀI 3. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP Mục đích, yêu cầu. Nắm vững các nội dung của Máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Biết phương pháp thí nghiệm, lấy các số liệu và dựng các đường đặc tính. Tìm hiểu sơ đồ nối máy phát điện một chiều. Làm thí nghiệm và dựng các đường đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Dụng cụ đo, thiết bị thí nghiệm. Dụng cụ đo. TT Tên dụng cụ đo Mã hiệu Số lượng 1 Đồng hồ đo tương tự - số vạn năng AD ( Analog – Digital ) SO 5127-1Z 02 Thiết bị thí nghiệm. Biến trở : Máy phát điện một chiều : Mã hiệu : SE 2672-3D Uđm = 220V ; Iđm = 1 /1,2 A. P = 0,2 KW. Tốc độ: n = 2000 / 18000 / 20000 vòng /phút. Động cơ lồng sóc. Mã hiệu : SE 2672-3G Điện áp: U = 400 – 690 V. Dòng điện : I = 0,6 – 1,0 A. Công suất : P = 0,37 KW. Tốc độ : n= 2.800 vòng/phút. Tấn số : 50 Hz . Hệ số Cosφ = 0,83. Biến trở đa năng : Mã hiệu : SO 3212-6W. Bộ nguồn đa năng; Mã hiệu : SO 3212-5U. Công tắc bảo vệ động cơ: Mã hiệu : SO 3212-1J Đồng hồ đo A-D Mã hiệu : SO 3212-1Z. Rơ le bảo vệ. Nội dung thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm Đường đặc tính không tải. Mở máy động cơ sơ cấp làm quay máy phát điện 1 chiều. Aptômát để mở, các biến trở để giá trị max. Quan sát vôlt kế ghi được giá trị sđđ do từ thông dư của máy sinh ra ứng với i_kt = 0. Đóng nguồn một chiều đưa điện áp vào cuộn kích từ, giảm dần R3 ta thu được các giá trị ikt và Uo tương ứng , theo bảng sau: Bảng 3.1 Nhánh tăng i_kt(A) 0 0.02 0.03 0.04 0.05 Uo(V) 5 105.8 147 184 212 Nhánh giảm i_k(A) 0 0.02 0.03 0.04 0.05 Uo(V) 8.27 128 174 200 212 Từ bảng số liệu thu được ta có thể vẽ được đồ thị thể hiện đặc tính của 2 nhánh như sau : Đồ thị 3.1 Với đặc tính không tải ta thấy rằng : Khi dòng kích từ = 0, I = 0 nhưng trong máy vẫn tồn tại một lượng hiệu điện thế là 5V ( với nhánh tăng) hoặc 8.27V ( nhánh giảm ). Sở dĩ có điều này là do trong máy có tồn tại từ thông dư, đây chính là nguyên nhân xuất hiện Uo khi I = 0 và được gọi là Điện áp dư. Theo lý thuyết thì giá trị này nằm trong khoảng 2 – 3%, đối chiếu với số liệu thu được thì có thể thấy nó hoàn toàn hợp lý. Đoạn đầu của Nhận xét: đường đặc tính tương đối thẳng, điều đó phản ánh rằng lúc đầu mạch từ chưa bão hoà. Do sự tăng lên của từ thông dư mà trên đồ thị đường đặc tính của nhánh giảm nằm cao hơn đường đặc tính của nhánh tăng, hoàn toàn giống với lý thuyết về máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Đặc tính phụ tải U = f(ikt) Khi cho n = nđm = const , I = const. Đóng động cơ cho máy chạy không tải. Đóng nguồn một chiều đưa điện áp vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để điện áp máy phát đạt giá trị định mức. Đóng aptômát để nối tải cho máy phát. Giảm dần R3 với các giá trị khác nhau ,ta thu được cá giá trị của điện áp U và dòng kích từ ikt. Theo bảng số liệu sau : Bảng 3.2 i_kt(A) 0 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 U(V) 8 120 135 174 190 215 Từ bảng số liệu thu được ta có thể vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dòng kích từ đối với điện áp trong máy điện một chiều như sau : Đồ thị 3.2 Nhận xét : Khi dòng kích từ bằng không( máy chạy không tải) thì điện áp đạt giá trị rất thấp, sở dĩ có điều này là do 2 nguyên nhân chính sau : + Do điện áp rơi : U = Ea – Ia.Ra. Với : Ia.Ra = Ia.Rđ + Uch Ia.Ra - tổn hao phần ứng Ia.Rđ - tổn hao dây đồng Uch - tổn hao trên chổi than. + Do phản ứng phần ứng. Do lúc đầu dòng điện chưa bão hoà nên trên đồ thị, đoạn đầu của đường đặc tính là thẳng. Về sau khi dòng trong máy đã bão hoà thì quan hệ không còn là tuyến tính nữa mà trở thành đường cong. Càng về sau, khi phản ứng phần ứng tăng lên sẽ làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy. Thể hiện là càng về sau thì đường đặc tính giảm dần độ dốc, như thế điện áp mà máy phát tạo ra sẽ không cao. Đặc tính ngoài. U = f(I), khi n = nđm = const. Quay máy phát chạy không tải, Áptômát để mở. Đóng nguồn một chiều đưa điện áp vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để điện áp máy phát đạt định mức à đó chính là điểm đầu tiên của đặc tính ngoài. Giảm dần R1 , Rkt giữ nguyên. Ta thu được các giá trị của U, I theo bảng số liệu sau: Bảng 3.3 I(A) 0 0.2 0.26 0.3 0.34 0.4 0.5 U(V) 220 197 187 180 170 154 125 Từ Bảng số liệu 3.3 ta xây dựng được đường đặc tính ngoài của Máy điện một chiều kích thích độc lập theo đồ thị sau : Đồ thị 3.3 Nhận xét : Do quan hệ giữa U và I không còn là tuyến tính nên đường đặc tính ngoài của máy phát điện là một đường cong trơn. Thể hiện về mặt lý thuyết thì : U = E – I.Ra do vậy mà khi I tăng thì U phải giảm. Mặt khác khi I tăng thì độ dốc càng lớn, do khi I tăng thì làm tăng theo phản ứng phần ngang trong máy. Đặc tính điều chỉnh : ikt = f(U) , khi n = nđm = const , U = const. Quay máy phát chạy không tải, áptômát để mở , ghi lại các giá trị của ikt khi I = 0. Đóng nguồn một chiều đưa điện áp vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để điện áp máy phát đạt định mức. Đóng aptômát để nối tải cho máy phát à điện áp máy phát giảm. Điều chỉnh Rkt để cho U = hằng số. Ứng với các giá trị của I, ta thu được các giá trị của ikt theo bảng số liệu sau: Bảng 3.4 I(A) 0 0.2 0.4 0.53 0.62 0.7 ikt 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 Theo Bảng số liệu thu được ta có thể xây dựng được Đường đặc tính điều chỉnh của máy điện một chiều kích thích độc lập như sau : Đồ thị 3.4 Nhận xét : Ta có : U = E – Ia.R nên khi khi I tăng thì U sẽ giảm, do điện áp rơi trong mạch. Muốn cho U ổn định thì khi dòng I tăng lên cũng phải tăng dòng kích từ để bù vào độ rơi điện áp và phản ứng phần ứng. \ Đặc tính ngắn mạch : Inm= f(ikt) khi n = nđm = const, U = 0. Chuyển sơ đồ nối máy phát sang chế độ ngắn mạch phần ứng. Quay máy phát chạy không tải, đưa nguồn kích từ một chiều vào máy phát ( Ukt = 150V) để đảm bảo an toàn cho máy phát. Điều chỉnh Rkt , ghi lại các số liệu của I và ikt vào Bảng 3.5 như sau : 1 Bảng 3.5 I_kt(A) 0 0.02 0.03 Inm(A) 0.1 0.69 0.98 Dựa vào Bảng 3.5 ta xây dựng được đường đặc tính ngắn mạch của máy phát điện một chiều kích thích độc lập như sau : Đồ thị 3.5 Nhận xét : Đường đặc tính ngắn mạch là một đường thẳng. Do dòng kích từ nhỏ nên mạch từ không bão hoà dẫn đến quan hệ giữa chúng là tuyến tính. Do trong máy có từ dư nên khi ikt = 0 thì Inm lại khác 0. Trong thực tế hiện tượng ngắn mạch là một sự cố. Nhận thấy rắng quan hệ giữa ikt và Inm là tuyến tính nên dòng Inm sẽ tăng nhanh, nếu sự cố kéo dài sẽ làm nóng và có thể hổng máy phát. Nhận xét bài thí nghiệm : Sau khi làm xong bài thí nghiệm có thể rút ra một số nhận xét tổng thể : Qua thí nghiệm ta có thể kiểm định lại lý thuyết thông qua việc xác định và đánh giá các đường đường đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Từ đó nắm vững về nguyên lí làm việc, cũng như cấu tạo của máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Kết quả thí nghiệm thu được so với lí thuyết là tương đối giống nhau. Một vài đường đặc tính có độ chính xác chưa cao có thể là do phép đo, do chủ quan khi lấy số liệu, cũng có thể do dụng cụ thí nghiệm có sự sai lệch. Sau khi hoàn tất bài thí nghiệm có thể dựa vào đường đặc tính để tìm các biện pháp khắc phục, giảm thiểu tác hại của hiện tượng ngắn mạch gây ra. BÀI 4. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH SONG SONG VÀ HỖN HỢP Mục đích, yêu cầu. Nắm vững các nội dung của Máy phát điện một chiều kích thích song song và hỗn hợp. Biết phương pháp thí nghiệm, lấy các số liệu và dựng các đường đặc tính. Tìm hiểu sơ đồ nối máy phát điện một chiều. Làm thí nghiệm và dựng các đường đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song và hỗn hợp. Dụng cụ đo, thiết bị thí nghiệm. Dụng cụ đo. TT Tên dụng cụ đo Mã hiệu Số lượng 1 Đồng hồ đo tương tự - số vạn năng AD ( Analog – Digital ) SO 5127-1Z 02 Thiết bị thí nghiệm. Biến trở : Máy phát điện một chiều : Mã hiệu : SE 2672-3D Uđm = 220V ; Iđm = 1 /1,2 A. P = 0,2 KW. Tốc độ: n = 2000 / 18000 / 20000 vòng /phút. Động cơ lồng sóc. Mã hiệu : SE 2672-3G Điện áp: U = 400 – 690 V. Dòng điện : I = 0,6 – 1,0 A. Công suất : P = 0,37 KW ; Tốc độ : n= 2.800 vòng/phút. Tấn số : 50 Hz ; Hệ số Cosφ = 0,83. Biến trở đa năng : Mã hiệu : SO 3212-6W. Bộ nguồn đa năng; Mã hiệu : SO 3212-5U. Công tắc bảo vệ động cơ: Mã hiệu : SO 3212-1J Đồng hồ đo A-D Mã hiệu : SO 3212-1Z. Rơ le bảo vệ. Nội dung thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm Máy phát điện một chiều kích thích song song. Điều kiện tự kích của máy phát điện tự kích thích Sơ đồ chính xác Động cơ quay đúng chiều Trong máy phải có từ dư. Ứng với n đã cho : R nth. Đặc tính ngoài : U = f(I) khi n = nđm = const, Rkt = const. Quay máy phát chạy không tải. Đưa nguồn một chiều vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để điện áp đạt giá trị định mức. Đóng Áptomát để nối tải vào máy phát, khi R1 (tải) thay đổi ta thu được các giá trị của U và I theo Bảng số liệu sau : Bảng 4.1 I(A) 0 0.17 0.22 0.19 0.16 0.13 0.1 U(V) 220 185 128 83 49 38 0.5 Dựa vào bảng số liệu thu được ta có thể xây dựng được đường đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích song song như sau : Đồ thị 4.1 Nhận xét : Khi dòng I ( phụ tải) tăng lên thì U sẽ giảm xuống. Do các nguyên nhân sau đây : 1. Do phản ứng phần ứng ngang. 2. Do điện áp rơi I.Ra trong mạch. 3. Do dòng kích thích giảm khi U giảm. Khi dòng phụ tải tăng tới một giá trị tới hạn ( theo Bảng là Ith = 0.22A) thì mạch từ không bão hoà nữa, lúc này các điện áp rơi đóng vai trò quyết định nên I giảm. Khi điện trở tải Ro = 0 thì dòng đạt I = 0.1A hoàn toàn là do từ thông dư của máy sinh ra. Đặc tính điều chỉnh : ikt = f(I) khi n = nđm = const; U = const. Quay máy phát chạy không tải. Đưa nguồn một chiều vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để áp đạt giá trị định mức. Đóng Áptômát để nối tải vào máy phát à làm cho điện áp của máy phát thay đổi à tiếp tục đièu chỉnh Rkt để cho U = hằng số. Với những giá trị của R hác nhau ta thu được các giá trị của dòng tải và dòng kích thích ikt theo bảng số liệu sau : Bảng 4.2 I(A) 0 0.2 0.35 0.48 0.56 0.62 ikt(A) 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 Dựa vào bảng số liệu thu được ta có thể xây dựng được đường đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích song song : Đồ thị 4.2 Nhận xét : Quan hệ giữa I và ikt không phải là tuyến tính do : ikt = Ukt / Rkt Mà Ukt = U = E – I.Ra à khi U giảm dẫn đến Ukt cũng giảm à ikt. Để cho U = const thì phải điều chỉnh Rkt. è ikt = (E – I.Ra) / Rkt à khi I tăng lên nhiều nhưng ikt tăng chậm dẫn đến đường đặc tính là đường cong. Lấy và dựng các đường đặc tính U, I, P2 = f(Ra) Cho máy phát chạy không tải. Đưa nguồn một chiều vào cuộn kích từ, điều chỉnh Rkt để điện áp đạt giá trị định mức. Đóng Áptômát để nồi tải vào máy phát. Ứng với các giá trị khác nhau của Ra (R1) ta thu được giá trị của U, I và P : Bảng 4.3 : Ra 1000 500 300 200 100 50 U(V) 183 120 49 28.7 13.8 6.48 I(A) 0.17 0.22 0.19 0.15 0.14 0.13 P(W) 30.25 20.5 9 4.5 2 0.86 Theo Bảng số liệu thu được ta có thể xây dựng được đường đặc tính của máy phát như sau : Đặc tính áp, U = f(Ra). Đồ thị 4.3.1 Nhận xét : Quan hệ giữa điện áp và điện trở không phải là tuyến tính do trong mạch từ có phản ứng phần ngang. Với đặc tính này có thể điều chỉnh được điện áp bằng cách thay đổi biến trở. Đặc tính dòng, I = f(Ra). Đồ thị 4.3.2 Nhận xét : Quan hệ không phải là tuyến tính, do : I = U / Ra Khi Ra tăng tới một giá trị tới hạn 500 thì I không tăng nữa mà có xu hướng giảm dần. Đặc tính công suất, P = f(Ra). Đồ thị 4.3.3 Nhận xét : Khi Ra tăng thì công suất cũng tăng theo. Do P = U.I = I2. Ra , mặt khác quan hệ giữa I và Ra là không tuyến tính nên đường đặc tính của P theo Ra là đường cong. Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp: Thay đổi sơ đồ nối từ kích thích song song sang kích thích nối tiếp bằng cách nối thêm cuộn kích thích D1- D3. Khi đảo cuộn kích thích giữa D1 và D3 cho nhau ta được 2 trường hợp nối thuận và nối ngược. Đặc tính ngoài : U = f(I) khi n = nđm = hằng số; Rkt = hằng số. Đặc tính điều chỉnh : ikt = f(I) khi n = nđm = const ; U = const. Các số liệu thu được theo Bảng số liệu sau : Bảng 4.4 Nối thuận Đặc tính ngoài U(V) 220 205 192 184 163 153 I(A) 0 0.15 0.22 0.26 0.31 0.33 Đặc tính đ. chỉnh I(A) 0 0.09 0.22 0.38 0.68 0.75 Ikt(A) 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.03 Nối ngược Đặ tính ngoài U(V) 220 165 115 46 25 I(A) 0 0.15 0.17 0.12 0.1 Đặc tính điều chỉnh I(A) 0 0.22 0.4 0.54 0.62 0.66 Ikt(A) 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.11 Từ các số liệu thu được ta có thể xây dựng các đường đặc tính của máy điện một chiều trong trường hợp kích thích hỗn hợp như sau : Đặc tính ngoài : 222 Đồ thị 4.4.1 Nối thuận Nhận xét : Từ đồ thị ta nhận thấy : khi dòng điện ( phụ tải) tăng lên thì điện áp lại giảm xuống. Do các nguyên nhân sau : + Do phản ứng phần ngang. + Do điện áp rơi trong mạch : I.Ra. + Do dòng kích thích giảm khi U giảm. Do ikt = Ukt / Rkt , mà Ukt = U nên đường đặc tính của máy phát kích thích hỗn hợp là đường cong. Khi I tăng lên thì điện áp U giảm làm cho ikt giảm theo, mặt khác ikt giảm lại làm cho U giảm tiếp cứ như vậy nó sinh ra một điện áp rơi phụ so với máy điện kích thích độc lập. Khi dòng điện phụ tải tăng lên đến một giá trị tới hạn thì đường đặc tính lại có dạng giống như máy điện trong trường hợp kích thích độc lập. Đặc tính điều chỉnh : Đồ thị 4.4.2 Nhận xét : Ta nhận thấy hình dạng đướng đặc tính trong trường hợp kích thích hỗn hợp tương tự như trong trường hợp hích thích đọc lập nhưng độ dốc thì có sự khác biệt. Do khi I tăng tức U giảm ( do U = E – I.Ra) mà Ukt = U = ikt.Rkt. Nên khi U giảm àUkt giảm à ikt giảm à làm cho độ dốc nhiều hơn trong trường hợp máy phát kích thích đợc lập. Khi đó để U = const phải điều chỉnh Rkt . Khi I tăng lên thì ikt cũng tăng theo nhưng chậm hơn ( do phản ứng phần ứng ngang) à quan hệ không phải là tuyến tính à đường cong. So sánh đặc tính điều chỉnh của động cơ trong cả 3 trường hợp : mắc hỗn hợp ( Nối thuận, nối ngược ), mắc song song : Đồ thị 4.4.2 + 4.2 Nhận xét : Từ việc xây dựng các đường đặc tính riêng rẽ của từng trường hợp ta đã thu được kết quả tổng hợp, trên đồ thị dễ dàng nhận thấy : + Nhánh trên cùng là đường Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp nối ngược. + Đường thứ 2 là đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích song song. + Đường dưới cùng là Đặc tính một của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp nối thuận. Nhận thấy tương quan của các đường đặc tính hoàn toàn phù hợp với lý thuyết. Độ dốc trong trường hợp kích thích hỗn hợp dốc hơn so với kích thích song song, nên Đặc tính kích thích song song nằm ở giữa. Nhận xét bài thí nghiệm : Qua bài thí nghiệm về máy phát điện một chiều kích thích song song và thích hỗn hợp. Ta xác định được sự phụ thuộc qua lại nhau giữa dòng và áp. Cũng như làm rõ hơn sự phụ thuộc của dòng điện và điện áp đối với điện trở R. BÁI 5. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH NỐI TIẾP Mục đích, yêu cầu: Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của động cơ. Biết phương pháp mở máy, thay đổi chiều quay và điều chỉnh tốc đọ quay của động cơ. Lấy số liệu và dựng các đường đặc tính của động cơ. Dựng các đặc tính nhờ động cơ SERVO và phần mềm ActiveDrive. Dụng cụ đo, thiết bị thí nghiệm. Dụng cụ đo. TT Tên dụng cụ đo Mã hiệu Số lượng 1 Đồng hồ đo tương tự - số vạn năng AD ( Analog – Digital ) SO 5127-1Z 02 Thiết bị thí nghiệm. Biến trở : Máy phát điện một chiều : Mã hiệu : SE 2672-3D Uđm = 220V ; Iđm = 1 /1,2 A. P = 0,2 KW. Tốc độ: n = 2000 / 18000 / 20000 vòng /phút. Hệ thống thử máy điện. Mã hiệu : SO 3636-6U. Biến trở đa năng : Mã hiệu : SO 3212-6W. Bộ nguồn đa năng; Mã hiệu : SO 3212-5U. Công tắc bảo vệ động cơ: Mã hiệu : SO 3212-1J Đồng hồ đo A-D Mã hiệu : SO 3212-1Z. Rơ le bảo vệ. Máy vi tính có chạy chương trình ActiveDrive. Nội dung thí nghiệm : Sơ đồ thí nghiệm Mở máy và đảo chiều quay động cơ: Để biến trở máy R1 ở vị trí điện trở lớn nhất. Đóng Áptômát đưa điện vào động cơ, lúc náy động cơ chạy không tải. Giảm dần Rmm để có n = nđm. Đảo chiều quay động cơ bằng 2 cách: + Đảo chiều dòng phần ứng bằng cách đảo chiều cuộn dây phần ứng ( A1, A2) + Đảo chiều dòng ikt = bằng cách đảo chiều cuộn dậy kích thích nối tiếp (D1, D2). Tính mô men định mức của động cơ điện một chiều : MH = PN ∕ ωN ; (Nm) Trong đó : PN – Công suất định mức (W). ωN - Vận tốc góc định mức, ωN = 2nπ ∕ 60. N - Tốc độ định mức của động cơ ( vòng/phút). Lấy và dựng các đường đặc tính U, I, n = f(Ra): Số liệu được ghi theo Bảng sau: Đường đặc tính tốc độ theo điện trở : n = f(Ra). Bảng 5.1 Ra 1000 500 400 300 200 100 50 30 n 0 1050 1500 2050 2800 3500 3950 4150 Ta xây dựng được đường đặc tính tương ứng : Đồ thị 5.1 Nhận xét : Quan hệ không phải là tuyến tính. Từ phương trình Sđđ : U = Ea + Ia.(Ra + Rp/ư ) à U = Ce . n . Φ + Ia.( Ra + Rp/ư ) à n = { U - Ia.( Ra + Rp/ư ) } / Ce . Φ Với Φ , Ce , U không đổi khi ta tăng Ra thì n sẽ giảm xuống à đặc tính là đường cong. Lấy và dựng các đường đặc tính U, I, n = f(M). Thực hiện các bước sau : Khởi động động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ đến khoảng 4000 vòng/ phút. Chọn phần mềm ActiveDrive Chọn Setting à Mode à Torque Control. Chọn View à Measured .. Chọn các thông số cần đo ( M, n, U, I ). Ấn nút “Run” Chọn Start / Stop Chọn Setpoint à lần lượt đặt các giá trị Mômen đã chọn như trong Bảng 2 à Enter Các số liệu được ghi vào Bảng 5.2 Dựng các đường đặc tính theo nhưng số liệu ghi được . Bảng 5.2 M ( Nm) 0 0.3 0.5 0.7 0.8 n (vg/ph) 3450 1850 1330 1030 898 U (V) 205 201 199 197 196 I (A) 0.5 0.9 1.1 1.3 1.4 Đường đặc tính tốc độ theo Mômen : n = f(M). Đồ thị 5.2.1 Nhận xét : Từ M = P / 2nπ à n = P / 2πM. Nhìn chung khi M tăng thì n giảm và ngược lại. Tuy nhiên do trong máy còn có mômen quán tính khi quay nên quan hệ sẽ không phải là tuyến tính mà là đường cong. Đường đặc tính điện áp theo Mômen: U = f(M). Đồ thị 5.2.2 Nhận xét : Do M = P / ω = ( U.I / 2nπ ).60 à U = 2nπ .M / 60.I à Khi M tăng thì U cũng sẽ tăng theo. Nếu như 2nπ / 60.I là không đổi trong suốt quá trình. Nhưng do M↑ tăng cũng kéo theo làm giảm n↓ ( M, n ngược nhau). Đây chính là nguyên nhân khiến cho đường đặc tính có dạng như hình vẽ : M tăng mà U lại giảm. Đường đặc tính dòng điện theo Mômen: I = f(M). Đồ thị 5.2.3 Nhận xét : Từ M = P / ω = ( U.I / 2nπ ).60 à I = 2nπ .M / 60.U . Khi M tăng thì I sẽ giảm. Tuy nhiên I lại phụ thuộc vào n nữa, khi M tăng sẽ có tác động cản khiến cho n giảm xuống. è Quan hệ I = f(M) không phải là tuyến tính mà có dạng cong. Do P = const nên khi M tăng thì à U giảm à I tăng và ngược lại. Lấy các đường đặc tính U, I, M = f(n) và η , P1 , P2 = f(n) nhờ động cơ Servo và phần mềm ActiveDrive: Đặc tính U, I, M = f(n): Khởi động động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ đến khoảng 4000 vòng/ phút. Chọn, khởi động phần mềm ActiveDrive Chọn Setting à Mode à Speed Control. Chọn Chart à Properties à Axes : Trục X là trục Tốc độ; trục Y là trục Mômen. Chọn Scale à Axis : Chọn các thông số đo cần hiển thị và đặt các thang đo thích hợp : M ( 0 – 2.0 Nm) ; U ( 0 – 250V ); I (0 – 3A ). Ấn nút “Run” Chọn Start / Stop à Chọn Output ramp à Start / Stop ( khi máy vẽ xong đồ thị ). Sau khi máy tính đã ghi lại đường đặc tính n = f(M). Chọn Chart à Properties à Axes : Y gồm Speed (n), Armature Voltage (U), Armature Current (I). Ghi lại tệp đồ thị đã có với tên KTNT1 rồi thoát khỏi chương trình. è Ta thu được đường đặc tính của U, I, M = f(n) có dạng như hình vẽ. Nhận xét : Đặc tính dòng I = f(n) : Khi tốc độ động cơ tăng thì thì cường độ dòng điện giảm xuống. Khi n = 0 thì cường độ dòng điện đạt max. Quan hệ giữa dòng và tốc độ : n = ( U – Ia.Ra) / Ce. Φ è Khi dòng Ia tăng lên à Ia.Ra cũng tăng theo. Mặt khác khi Ia tăng lên à Φ cũng tăng theo à phản ứng phần ứng tăng theo à tốc độ n sẽ giảm nhanh è Đặc tính là đường cong. Khi động cơ chưa quay thì trong phần ứng chưa xuất hiện dòng điện cảm ứng nên dòng Ia không bị dòng cảm ứng chống lại à đạt max. Khi dòng dần tới 0 thì tốc độ à ∞. Điều này rất nguy hiểm. Máy kích thích nối tiếp không được cho hoạt động khi không tải. Đặc tính áp : U = f(n) : Khi tốc độ n = 0 thì đã có một lượng áp Uo đặt vào động cơ. Khi tốc độ n tăng lên thì U vẫn không tăng theo. Do tốc độ lúc này chỉ làm cho dòng I biến đổi theo còn U là hắng số. Đặc tính Mômen : M = f(n) : Quan hệ là đường cong. Khi tốc độ tăng thì mômen có xu hướng giảm, khi n = 0 thì mômen đạt max à Mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ động cơ à hoàn toàn hợp lý do mômen đẫ có tác dụng cản trở chuyển động phần ứng. M = CM . Ia . Φ ( CM = const ). Mặt khác : n = (U – Ia. Ra) / Ce. Φ à Khi M tăng thì à I tăng à Φ tăng è Tốc độ giảm dần theo đường cong. Khi từ thông lớn nhất thì Mômen cũng dạt cực đại. Đặc tính η , P1 , P2 = f(n) : Khởi động động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ đến khoảng 4000 vòng/ phút. Chọn, khởi động phần mềm ActiveDrive Chọn Setting à Mode à Speed Control. Chọn Chart à Properties à Axes : Trục X là trục Tốc độ; trục Y gồm : Mechanical Power (P2), Active powre (P1), Efficiency (η) để hiện thị các đương đặc tính P1, P2 và hiệu suất. Chọn Scale à Axis : Chọn các thông số đo cần hiển thị và đặt các thang đo thích hợp : M ( 0 – 2.0 Nm) ; U ( 0 – 250V ); I (0 – 3A ). Ấn nút “Run” Chọn Start / Stop à Chọn Output ramp à Start / Stop ( khi máy vẽ xong đồ thị ). Sau khi máy tính đã ghi lại đường đặc tính n = f(M). Chọn Chart à Properties à Axes : Y gồm Speed (n), Armature Voltage (U), Armature Current (I). Ghi lại tệp đồ thị đã có với tên KTNT1 rồi thoát khỏi chương trình. è Ta thu được đường đặc tính của U, I, M = f(M) có dạng như hình vẽ. Nhận xét : Đặc tính công suất P1 = f(n) : P = U. Ia . Cos ( U, Ia ) = U. Ia. Cosφ. n = (U – Ia.Ra) / Ce. Φ à khi n tăng lên à I giảm à Φ giảm è Công suất P cũng giảm theo. Khi động cơ chưa quay à dòng điện đạt giá trị lớn nhất ß do chưa xuất hiện dòng cảm ứng có tác dụng chống lại dòng trong mạch.--> công suất lơn à gậy ra sụt áp lươi điện è khi mở máy có công suất lớn phải mở gián tiếp qua biến trở tránh dòng Ia tăng đột ngột. Đặc tính công suất P2 : Khi n tăng lên à P2 tăng dần tới giá trị max rồi lại giảm dần về min theo một đường cong. Giải thích tương tự như đối với đặc tính của P1. Đặc tính hiệu suất η : Khi n tăng thì hiệu suất của động cơ cũng tăng dần theo đến giá trị cực đại , rồi giảm dần. Do: η = {1 – (Po + Pkt + Ia2 Rđ ) / U( Ia + ikt ) + (Δch .Ia + P1) / U(Ia+ikt)} à Hiệu suất đạt max khi tổn hao không đổi bằng các tổn hao biến đổi. Mặt khác khi tốc độ quay tăng dần thì các tổn hao biến đổi cũng tăng theoà Khi các tổn hao biến đổi ngang băng các tổn hao không đổi thì hiệu suất máy đạt giá trị cựac đại. Khi tốc độ động cơ tăng lên làm cho hiệu suất giảm dần xuống. Nhận xét bài thí nghiệm : Sau khi làm xong làm thí nghiệm về máy điện một chiều kích thích song song và hỗn hợp, ta thấy: Khi ta thay đổi điện trở phần ứng (Ra) thì tốc độ động cơ thay đổi theo, cụ thể là: khi Ra tăng thì n giảm và ngược lại. Bằng cách điều chỉnh Ra ta có thể rút ra các đường đặc tính n=f(Ra), M=f(n). Cũng hoàn toàn tương tự ta có thế xây dựng được đường đặc tính của U, I = f(M) bằng cách gián tiếp qua điều chỉnh tốc độ của máy điện. Kết quả thí nghiệm cho thấy hình dạng của các đường đặc có sự khác biệt giữa làm thí nghiệm thủ công và dùng phần mềm ActiveDrive, điều này cho thấy trong khi lấy số liệu đã có sai số. Tuy nhiên điều quan trọng là dù dùng các phép đo trực tiếp hay dùng phần mềm thì vẫn làm nổi rõ được sự phụ thuộc của dòng áp đối với điện trở và Mômen của động cơ.