›
›

Giáo trình Máy điện 2 (Phần 2)

pdf 37 trang ngocly 2230
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy điện 2 (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_may_dien_2_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Máy điện 2 (Phần 2)

  1. Bài 3: THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 1. Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ Sơ đồ thí nghiệm hình 3.1. Hình 3.1 :Sơ đồ thí nghiệm Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ + Sử dụng nguồn cung cấp là nguồn điện một chiều (DC) điều chỉnh được từ 0-220V. + Trên mô đun đo mô men tốc độ Prime move và đồng hồ đo dòng điện và điện áp một chiều DC. + Dùng nguồn điện một chiều đầu 7-N, Vônkế E và Ampeké I1 đấu nối vổi các cuộn dây của dây quấn phần ứng như hình 1 để đo Rư và sau đó cho dây quấn kich thích song song (Shunt) để đo Rf. + Bật nguồn, xoay núm điều chỉnh tăng dần điện áp đặt vào hai đầu dây quấn dể diện áp bằng (0.25; 0.50; 0.75; 1.0)Udm đối với dây quấn kích từ và dòng điện bằng (0.1, 0.2, 0,3, 0.4)Idm đối với đây quấn phần ứng. + Ghi lại các trị số đo được trên E1 và I1 vào bảng số liệu 1. + Xoay núm điều chỉnh điện áp về vị trí min, tắt nguồn, tháo gỡ các dây nối. Bảng 1 Mạch kích từ E1 I1 Mạch phần ứng E1 I1 2. Thí nghiệm máy phát một chiều * TÝnh chÊt thuËn nghÞch trong m¸y ®iÖn mét chiÒu. 37
  2. Gi¶ sö m¸y ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t, nèi víi + + m¹ng cã ®iÖn ¸p U = const vµ U=const - s¶n ra m« men ®iÖn tõ M cã - tÝnh chÊt h·m ®èi víi ®éng c¬ s¬ cÊp kÐo m¸y quay (h×nh 6 - 1a) . n M I n M I Lóc ®ã dßng ®iÖn phÇn øng : E E E U - I + - I + I u u R u , nghÜa lµ: It It E = U + IR (E >U) . NÕu ta gi¶m s.®.® E b»ng c¸ch gi¶m tõ th«ng  hoÆc tèc a) b) ®é n ®Õn lóc E < U th× dßng H×nh 3.2 ®iÖn I sÏ ®æi chiÒu. Do ®iÖn Sù lµm viÖc cña m¸y ®iÖn mét chiÒu ¸p U cña m¹ng kh«ng ®æi a)) Trong chÕ ®é ®éng c¬ chiÒu nªn dßng ®iÖn kÝch tõ b) Trong chÕ ®é m¸y ph¸t vµ do ®ã tõ th«ng  còng kh«ng ®æi chiÒu. Nh vËy m« men ®iÖn tõ M = CM I ®æi dÊu, nghÜa lµ cïng chiÒu víi chiÒu tèc ®é quay n (h×nh 6 – 1b) vµ tõ m« men h·m ®· trë thµnh m« men quay. M¸y ®· chuyÓn tõ chÕ ®é m¸y ph¸t sang chÕ ®é ®éng c¬ vµ tiÕp tôc quay theo chiÒu cò, víi cùc tÝnh cña cùc tõ gi÷ nguyªn nh tríc. NÕu t¸ch ®éng c¬ s¬ cÊp ra, ta cã ®éng c¬ ®iÖn nèi theo s¬ ®å b×nh thêng, cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: U = E + IR . 2.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập * Đặc tính ngoài Khi dßng ®iÖn t¨ng, ®iÖn ¸p r¬i trªn d©y quÊn phÇn øng t¨ng, mÆt kh¸c do ph¶n øng phÇn øng còng t¨ng theo dßng ®iÖn nªn s.®.® E gi¶m, kÕt qu¶ lµ ®iÖn ¸p U ®Çu cùc m¸y ph¸t gi¶m xuèng. §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp cã d¹ng nh trªn h×nh U E U0 U®m IR U IR I 0 I H×nh3.3 §Æc tÝnh ngoµi cña 38 m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp
  3. HiÖu sè ®iÖn ¸p khi kh«ng t¶i (I = 0) vµ khi t¶i ®Þnh møc (I = I®m) víi (It = It®m) ®îc gäi lµ ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p ®Þnh møc: U 0 U dm U dm % 100. U dm ë m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp U dm % 5 15%. It * §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: I = f(I) khi t U = const, n = const. It0 §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cho ta biÕt cÇn ®iÒu chØnh dßng kÝch thÝch thÕ nµo ®Ó gi÷ cho 0 I ®iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y H×nh 3.4 ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch ®éc lËp ®îc §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t tr×nh bµy trªn h×nh ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp Tõ h×nh 3.4 ta thÊy, khi t¶i t¨ng th× cÇn ph¶i t¨ng It ®Ó bï ®îc ®iÖn ¸p r¬i trªn R vµ ¶nh hëng cña ph¶n øng phÇn øng, gi÷ cho U = const. Ngîc l¹i, khi t¶i gi¶m cÇn ph¶i gi¶m It. Tõ kh«ng t¶i (I=0) víi U = U®m ®Õn t¶i ®Þnh møc (I = I®m) thêng ph¶i t¨ng dßng ®iÖn kÝch thÝch lªn 15 25%. §Æc tÝnh ng¾n m¹ch lµ trêng hîp ®Æc biÖt cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh khi U = 0 * §¾c tÝnh t¶i: U = f(It) khi I = const, n = const Khi cã t¶i, ®iÖn ¸p trªn cùc cña m¸y ph¸t ®iÖn nhá h¬n s.®.® do cã ®iÖn ¸p r¬i trªn d©y quÊn phÇn øng I.R. V× vËy ®êng ®Æc tÝnh t¶i (®êng1) biÓu thÞ trªn h×nh 3.5 n»m díi ®êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i (®êng 2) trªn h×nh 3.5. NÕu tõ ®iÓm a øng víi U = U®m trªn ®Æc tÝnh t¶i ta ®Æt lªn phÝa trªn mét ®o¹n ab th¼ng ®øng b»ng ®iÖn ¸p r¬i I.R trªn d©y quÊn phÇn øng vµ kÎ ®o¹n n»m ngang c¾t ®êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i t¹i c. Nèi a víi c ta ®îc tam gi¸c abc gäi lµ tam gi¸c ®Æc tÝnh. d U 2 c b U®m / c / b a 3 1 a/ k e It 0 It3 It2 It1 H×nh 3.5: §Æc tÝnh t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp 39
  4. Tõ h×nh 3.5 ta thÊy, øng víi dßng ®iÖn kÝch thÝch It1, khi kh«ng t¶i ®iÖn ¸p lµ U0 = de, cßn khi mang t¶i ®Þnh møc th× ®iÖn ¸p gi¶m ®Õn U®m = ae. Nh vËy ®o¹n th¼ng da biÓu thÞ ®é biÕn ®æi ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m. Nguyªn nh©n cña sù sôt ¸p lµ do ®iÖn ¸p r¬i trong d©y quÊn phÇn øng IR vµ do ¶nh hëng cña ph¶n øng phÇn øng khö tõ. Trªn ®å thÞ h×nh 3.5 , ®êng 3 biÓu thÞ ®Æc tÝnh E = f(It) khi m¸y mang t¶i. S.®.® nµy bÐ h¬n ®iÖn ¸p U0 khi kh«ng t¶i lµ do ¶nh hëng cña ph¶n øng phÇn øng khö tõ. * CÇn chó ý r»ng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i lµ mét trêng hîp ®Æc biÖt cña ®Æc tÝnh t¶i víi I=0. Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ: Hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ độc lập + Đấu nối sơ đồ thí nghiệm như hình 3.6. - Dùng Il, để đo dòng điện tải - Dùng El để đo điện áp mạch phần ứng - Dùng E2, để đo điện áp mạch kích từ - Nguồn một chiều 220 VDC không điều chỉnh cấp cho mạch kích từ - Dùng động cơ sơ cấp Prime Mover truyền động cho máy phát. - Biến trở Rdc để ở vị trí lớn nhất (1000 Ω). - Công tắc MODE để vị trí Prime Mover. - Công tắc DISPLAY để vị trí Speed (n). 40
  5. - Tải của máy phát là điện trở R (4400 Ω, 2200 Ω, 1100 Ω) Trình tự tiến hành: + Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặc vào động cơ sơ cấp (Pime mover) đạt đến tóc dộ n = ndm của máy phát điện một chiều. + Điều chỉnh Rdc để tăng dòng điện kích từ cho đến khi điện áp đầu cực máy phát bằng 1.2Uđm. trong quá trình tăng dòng kích từ It đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu), * Thí nghiệm có tải: (hình 3.6) Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng Udm. + Đấu nối sơ đồ thí nghiệm như hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ độc lập - Dùng Il, để đo dòng điện tải - Dùng El để đo điện áp mạch phần ứng - Dùng E2, để đo điện áp mạch kích từ - Nguồn một chiều 220 VDC không điều chỉnh cấp cho mạch kích từ - Dùng động cơ sơ cấp Prime Mover truyền động cho máy phát. - Biến trở Rdc để ở vị trí lớn nhất (1000 Ω). - Công tắc MODE để vị trí Prime Mover. - Công tắc DISPLAY để vị trí Speed (n). - Tải của máy phát là điện trở R (4400 Ω, 2200 Ω, 1100 Ω) Trình tự tiến hành: + Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặc vào động cơ sơ cấp (Pime mover) đạt đến tóc dộ n = ndm của máy phát điện một chiều. + Điều chỉnh Rdc để tăng dòng điện kích từ cho đến khi điện áp đầu cực máy phát bằng 1.2Uđm. + Đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định mức, trong quá trình tăng tải nếu điện áp sụt thì phải tăng dòng điện kích từ để U = Uđm. Trong quá trình tăng tải nếu tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh để n = nđm. Sau đó giảm dần tải, trong quá giảm tải đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu),. Sau đó mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 2. * Thành lập đặc tính điều chỉnh: (hình 3.6) - Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng Uđm. 41
  6. + Đóng K để tăng dần tải. Mổi lần tăng tải, nếu điện áp U và tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh dòng điện kích từ và động cơ sơ cấp để giữ U và n bằng định mức. đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu), Bảng 2: Không tải I1=0 (A) I2 (A) E 1(V) Có tải I1= (A) I2 (A) E 1(V) Thành lập đặc tính điều chỉnh I1 (A) I2 (A) 2.2. Máy fát điện một chiều kích từ song song; M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch song song lµ lo¹i m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cã øng dông réng r·i nhÊt v× kh«ng ®ßi hái nguån ®iÖn riªng ®Ó kÝch thÝch vµ gi÷ ®- îc ®iÖn ¸p æn ®Þnh trong giíi h¹n cña phô t¶i b×nh thêng. §iÒu kiÖn ®Ó m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch song song tù kÝch thÝch vµ thµnh lËp ®iÖn ¸p lµ: HÖ thèng tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ph¶i cã tõ d; D©y quÊn kÝch tõ ph¶i ®îc nèi sao cho tõ th«ng do nã sinh ra ph¶i cïng chiÒu víi tõ th«ng d; 42
  7. Điện trở trong mạch kích thích phải nhỏ hơn điện trở tới hạn; Tốc độ quay của phần ứng phải lớn hơn tốc độ quay tới hạn và phải quay đúng chiều. Đặc tính không tải: U0 = E = f(It) với I = 0 và n = const. Rpt A U0 CD 2 V I a) b) 1 - I + Ud I A 0 It rt Hình 3.7. Sơ đồ thí nghiệm (a) và đặc tính khụng tải(b) của máy phát điện một chiều kích thích song song Khi không tải, trong máy phát điện một chiều kích thích song song vẫn có dòng điện I = It không vợt quá 1 3%Iđm nên không gây ra thay đổi đáng kể cho điện áp. Do vậy đặc tính không tải của máy điện một chiều kích thích song song về cơ bản không khác đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích thích độc lập. Tuy nhiên, vì máy phát điện một chiều kích thích song song chỉ tự kích thích đợc theo một chiều nên đặc tính không tải của nó chỉ đợc thành lập theo một chiều (hình 5-9b). * Đặc tính tải: U =f(It) với I = const, n= cosnt. Cũng giống nh trong máy phát điện một chiều kích thích độc lập, đặc tính tải của phát điện một chiều kích thích song song nằm phía dới về bên phải của đờng đặc tính không tải. Phần đờng thẳng của đặc tính tải ứng với miền làm việc không ổn định của máy và không thể xây dựng đợc ở những giá trị điện áp thấp. * Đặc tính ngoài: U =f (I) khi rt = cosnt , n = cosnt. 43
  8. Đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích song song đợc trình bày trên hình 5-10 (đờng số 2). Để tiện so sánh, trên hình đó cũng vẽ đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập (đờng 1). Ta thấy khi tải tăng, điện áp của máy phát kích thích song song giảm nhiều hơn so với điện áp của máy phát kích thích độc lập, vì ngoài ảnh hởng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên R, trong máy phát kích thích song song s.đ.đ E còn giảm theo dòng điện kích từ It. Vì vậy độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích song song lớn hơn độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích độc lập. ở máy phát kích thích song song, thờng Udm 10 12%Udm . U Điểm đặc biệt ở máy phát kích thích song song là dòng điện tải chỉ Uđm Uđm tăng đến một giá trị nhất định I = 1 2 Ith, sau đó nếu tiếp tục giảm điện trở Rpt ở mạch ngoài thì dòng điện I không tăng mà giảm nhanh đến trị K số I0 xác định bởi từ d của máy (ứng với điểm P trên hình 5-10). Sở dĩ như vậy là do máy làm P I việc trong tình trạng không bão hoà 0 Iđm Ith ứng với đoạn thẳng của đờng cong I0 từ hoá, dòng điện It giảm làm cho Hình 3.8 Đặc tính ngoài của E, U giảm rất nhanh. Điện áp U máy MFĐ một chiều kích thích giảm nhanh hơn Rpt dẫn đến kết quả song song (2) và máy MFĐ một là dòng điện tải I giảm đến trị số I0 chiều kích thích độc lập (1) nh đã nói ở trên. Nh vậy ta thấy rằng sự cố ngắn mạch ở đầu cực máy phát kích thích song song không gây nguy hiểm nh ở trờng hợp máy phát kích thích độc lập. Nh vậy đặc tính ngoài của phát điện một chiều kích thích song song chia làm hai phần: phần trên ứng với sự làm việc ổn định của máy phát điện, phần dới (đoạn KP) ứng với tình trạng làm việc không ổn định. Thông thờng các máy phát điện thờng đợc thiết kế sao cho dòng điện tới hạn Ith vào khoảng 2  2,5 Iđm . * Đặc tính điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích song giống nh đặc tính điều chỉnh của phát điện một chiều kích thích độc lập. Điều cần chú ý là đối với máy điện kích thích song song, khi tải tăng điện áp bị sụt nhiều hơn nên mức độ tăng dòng điện kích thích phải nhiều hơn, do đó đặc tính điều chỉnh sẽ dốc hơn. Đối với máy phát điện một chiều kích thích song khi U = 0 thì It = 0 nên không xây dựng đợc đờng đặc tính ngắn mạch. 44
  9. Sơ đồ thí nghiệm như hình 3.9: Hình 393: Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ song song Thí nghiệm không tảỉ:(hình 3.9) Trình tự tiến hành như sau: + Để biến trở điều chỉnh Rdc, ở vị trí lớn nhất (1000Ω). + Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động cơ sơ cấp đến đạt tốc độ n = ndm của MF. + Giảm Rđc để tăng dòng điện kích thích cho đến khi điện áp đầu cực MF bằng 1,2.Udm trong quá trình tăng U, đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu), * Thí nghiệm có tải: (hình 3.9 ) - Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp. + Đóng K để tàng dần tải cho đến khi tải định mức. Trong quá trình tăng tải, đưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào máy tính. Trong quá trình tâng tải nếu tốc dộ n giảm thì phải điều chỉnh diện áp để n = nđm .Sau đó mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 3 (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu). * Thành lập đặc tính điều chỉnh: (hình 3.9 ) Trình tự tiên hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng Udm. + Đóng K để tăng dần tải. Mổi lần tăng tải, nếu điện áp U và tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh để giữ U và n bằng định mức. đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu), 45
  10. Bảng 3: Không tải I=0 (A) I=I1 U =E1 Có tải I= (A) It =I2 I=I1 U =E1 Thành lập đặc tính điều chỉnh Ikt=f(I) It =I2 I =I1 46
  11. 2.3. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp thuéc lo¹i tù kÝch thÝch nªn cÇn cã tõ d vµ ph¶i ®îc quay theo chiÒu quy ®Þnh ®Ó tõ th«ng ban ®Çu cïng chiÒu víi tõ d, mÆt kh¸c m¸y chØ ®îc kÝch thÝch khi m¹ch ngoµi khÐp kÝn qua mét ®iÖn trë, nãi kh¸c ®i lµ m¸y chØ ®îc kÝch thÝch khi cã t¶i. V× It = I = I nªn khi n = const chØ cßn hai ®¹i lîng biÕn ®æi lµ U vµ I, do ®ã m¸y ph¸t ®iÖn nµy chØ cã mét ®Æc tÝnh ngoµi U = f(I). C¸c ®Æc tÝnh kh¸c chØ cã thÓ x©y dùng ®îc theo s¬ ®å kÝch thÝch ®éc lËp. U Rpt A U CD V a) b) Ik=I=It Ith I 0 - + H×nh 3.10. S¬ ®å thÝ nghiÖm (a) vµ ®Æc tÝnh ngoµi (b) cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch nèi tiÕp Khi cã t¶i trong d©y quÊn kÝch thÝch cã dßng ®iÖn It = I vµ ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn t¨ng lªn. Tuy nhiªn ®iÖn ¸p chØ t¨ng ®Õn mét trÞ sè tíi h¹n Uth x¸c ®Þnh bëi sù b·o hoµ cña m¸y. Khi dßng ®iÖn t¶i lín h¬n gi¸ trÞ tíi h¹n Ith th× ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn l¹i gi¶m v× do b·o hoµ tõ, tõ th«ng cña m¸y ph¸t kh«ng t¨ng n÷a, trong khi ®ã ph¶n øng phÇn øng vµ ®iÖn ¸p r¬i trong m¹ch phÇn øng vÉn tiÕp tôc t¨ng theo sù t¨ng cña dßng ®iÖn. §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t kÝch thÝch nèi tiÕp nh ë h×nh 3.10 b. Do ®iÖn ¸p phô thuéc vµo phô t¶i nªn trong thùc tÕ m¸y ph¸t ®Ön mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp Ýt ®îc sö dông. 2.4. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp: M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch hçn hîp cã ®ång thêi hai d©y quÊn kÝch thÝch song song vµ nèi tiÕp cho nªn trong nã tËp hîp c¸c tÝnh chÊt cña c¶ hai lo¹i m¸y nµy. Tuú theo c¸ch nèi, s.t.® cña hai d©y quÊn kÝch thÝch cã thÓ cïng chiÒu (khi d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp nèi thuËn) hoÆc ngîc chiÒu nhau (khi d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp nèi ngîc). Khi nèi thuËn (t// cïng chiÒu víi tnt ) th× d©y quÊn kÝch thÝch song song ®ãng vai trß chñ yÕu, d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp chØ lµm nhiÖm vô bï l¹i t¸c dông cña ph¶n øng phÇn øng vµ ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë R, nhê ®ã m¸y cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tù ®éng ®iÖn ¸p trong mét ph¹m vi t¶i nhÊt ®Þnh. Trêng hîp nèi ngîc (t// ng- 47
  12. îc chiÒu víi tnt) chØ ®îc dïng trong mét sè m¸y ph¸t ®iÖn cã c«ng dông ®Æc biÖt nh m¸y ph¸t ®iÖn hµn. * §Æc tÝnh ngoµi: U =f(I) khi n = const. Khi nèi thuËn s.t.® cña d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp cïng chiÒu víi s.t.® cña d©y quÊn kÝch thÝch song song, nã cã t¸c dông bï ph¶n øng phÇn øng vµ ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë phÇn øng, do ®ã ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t ®îc gi÷ hÇu nh kh«ng ®æi (®êng 2 trªn h×nh 3.11). Trêng hîp bï thõa ®iÖn ¸p sÏ t¨ng khi t¶i t¨ng (®êng 1). §iÒu nµy cã ý nghÜa ®Æc biÖt khi cÇn bï hao hôt ®iÖn ¸p trªn ®êng d©y t¶i ®iÖn ®Ó gi÷ cho ®iÖn ¸p ë hé tiªu thô ®iÖn kh«ng ®æi. Khi nèi ngîc hai d©y quÊn kÝch thÝch th× khi t¶i t¨ng, ®iÖn ¸p sÏ gi¶m nhanh h¬n so víi ë m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch song song (®êng 3 vµ 4) do t¸c dông khö tõ cña d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp cã s.t.® ngîc chiÒu víi s.t.® cña d©y quÊn kÝch thÝch song song. *. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: It = f(I) khi U = cosnt, n = const. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t kÝch thÝch hçn hîp ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.12 trong ®ã ®êng cong 1 lµ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh khi nèi thuËn hai d©y quÊn kÝch thÝch vµ bï b×nh thêng, ®êng 2 – bï thõa vµ ®êng 3- khi nèi ngîc. 3 I 1 U 1 t 2 U =U 2 3 4 I®m I 0 0 I ®m I H×nh 3.11 §Æc tÝnh ngoµi cña H×nh 3.12 §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch hçn hîp m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch hçn hîp Sơ đồ thí nghiệm như hình 3.13 và 3.14 : 48
  13. Hình 3.13 Sơ đồ máy phát một chiều kích thích hỗn hợp nối thuận Hình 3.14 Sơ đồ máy phát một chiều kích thích hỗn hợp nối ngược - Thí nghiệm có tải: (hình 3.13 nối thuận) - Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải trên để thành lập điện áp. + Đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định mức. đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu Trong quá trình tăng tải nếu n giảm thì phải điều chỉnh điện áp để n = ndm. Sau đó đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu * Thí nghiệm có tải: (hình 3.14) nối ngược - Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải trên để thành lập điện áp. + Đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định múc. Trong quá trình tăng tải, đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu. Trong quá trình tăng tải nếu n giảm thì phải điều chỉnh điện áp để n = ndm .Sau đó ghi vào bảng 4. Bảng 4: Nối thuận It=I 2 I=I1 U=E 49
  14. 1 Nối ngược It=I 2 I=I1 U=E 1 3. Thí nghiệm động cơ điện một chiều 3.1 Phương trình đặc tính cơ Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Theo sơ đồ nguyên lý trên hình 2.1 ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư (2.1) Trong đó: - Uư : Điện áp phần ứng động cơ, (V) - Eư : Sức điện động phần ứng động cơ (V). - Rư : Điện trở mạch phần ứng () - Rp : Điện trở phụ mạch phần ứng () - Iư : Dòng điện phần ứng động cơ (A) Rư = rư + rct + rcb + rcp (2.2) - rư : Điện trở cuộn dây phần ứng. - rct : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp. - rcb : Điện trở cuộn bù. - rcp : Điện trở cuộn phụ. Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: pN  K Eư = 2 a (2.3) 50
  15. -  : Từ thông qua mỗi cực từ (Wb) - p : Số đôi cực từ chính - N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng. - a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng - : Tốc độ góc của động cơ (rad/s) pN K = 2 a là hệ số kết cấu của động cơ. Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke..n (2.4) 2 n n  Và 60 9,55 (2.5) pN n Vì vậy: Eư = 60a (2.6) pN Ke = 60a - Hệ số sức điện động của động cơ K 0,155K Ke = 9,55 (2.7) U u Ru R f  I u Vậy ta có: K K (2.8) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iu M dt Suy ra: Iư = K Thay giá trị Iư vào (2.8) ta được: U u Ru R f  M dt K (K)2 (2.9) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, nghĩa là Mđt = Mcơ = M U R R  u u f M K (K)2 (2.10) 51
  16. Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 2.3 là những đường thẳng.   0 0 đm đm M I 0 Mđm Mnm 0 Iđm Inm Hình 3.16. Đặc tính cơ của ĐC Hình 3.15. Đặc tính cơ điện của một chiều kích từ độc lập ĐC một chiều kích từ độc lập Theo các đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: U  u  K 0 (2.11) o được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi  = 0 ta có: U Iu I nm Ru R f (2.12) và M = KInm = Mnm Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác phương trình đặc tính cũng có thể được viết dưới dạng: U R  u I   K K u o (2.13) R U u  M o  K (K)2 (2.14) U R R ; u Trong đó: R = u f K 52
  17. R R  I u M K (K) 2  được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ và đặc tính cơ điện trong hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông là định mức ( = đm) I M  R   I * M *  * R*  *  * Trong đó: I dm ; M dm ; dm ; Rcb ; dm ; 0 U dm I Rcb = dm được gọi là điện trở cơ bản Ta viết đặc tính cơ và đặc tính cơ điện ở đơn vị tương đối:  * 1 R*.I * (2.15);  * 1 R *.M * (2.16) 3.2 Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ Phương trình đặc tính cơ (2.10) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất  = f(M) phụ thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện Uư, RƯ và . Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này. Khi xét đến ảnh hưởng của các thông số người ta thường chỉ cho một thông số biến thiên, còn các thông số khác giữ nguyên ở giá trị định mức. a) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Ta xét đến ảnh hưởng của điện áp phần ứng với các thông số như sau: Uư = var  = đm R = Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm các thông số đặc tính cơ như sau: U x ox var + Tốc độ không tải: Kdm (K )2  const R + Độ cứng đặc tính cơ: u + Mômen ngắn mạch: Mnm = KIư , mômen ngắn mạch giảm dần khi ta giảm điện áp phần ứng. 53
  18. Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.  0 TN(Uđm) 01 U1<Uđm 02 U2<U1 M, I 0 Mc Hình 3.17: Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phẩn ứng b) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với các thông số như sau: Uư = Uđm  = đm - R = Rư + Rf = var Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta thay đổi điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. + Tốc độ không tải lý tưởng: U dm o const Kdm dM 1 (K )2  dm d d Ru R f + Độ cứng của đặc tính cơ: dM (2.17) Khi Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên, khi tăng Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc, 2 (Kdm ) TN Ru (2.18) 54
  19. TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có đặc tính cơ cứng hơn tất cả các đặc tính cơ có điện trở phụ. Kết luận: Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta có họ đặc tính biến trở có dạng như hình 2.6. Ứng với phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch và mômen ngắn mạch càng giảm. Người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.  0 ∆TN TN(Rf=0) ∆NT Rf1>0 M(I) 0 Mc Rf2>Rf1 Ic Hình 3.18. Họ đặc tính nhân tạo biến trở c. Ảnh hưởng của từ thông: Ta xét ảnh hưởng của từ thông với các thông số như sau: - Uư = Uđm -  = var - R = Rư = const Để thay đổi từ thông , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở mạch kích từ của động cơ. Vì chỉ có thể tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức. Các thông số đặc tính cơ thay đổi như sau: U đm ox var + Tốc độ không tải: Kx (K )2  x var R + Độ cứng đặc tính cơ: u U dm const R + Dòng điện ngắn mạch: Inm = u + Mômen ngắn mạch: Mnm = KxInm=var 55
  20. Trường hợp này, cả tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi. Kết luận: Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì xo tăng, còn  sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với xo tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.   02 2<1 02 2< 01 1<đm 01 1<đm đm (TN) 0 0 đm M (TN) 0 In I 0 Mnm Mnm1 Mn M Hình 3.19a: Họ đặc tính cơ điện Hình 3.19b: Họ đặc tính cơ nhân nhân tạo khi thay đổi từ thông tạo khi thay đổi từ thông a )Lấy đặc tính cơ của động cơ một chiều KT độc lập Sơ đồ nối dây thí nghiệm hình 3.6 Trình tự tiến hành như sau: + Để biến trở điều chỉnh Rdc ỏ vị trí max.(1000 Ω). + Công tắt MODE để vị trí Dinamoteur. + Công tắt DISPLAY để vị trí Speed (n ). + Công tắt Load control mode để vị trí MAN và xoay múm điều chỉnh về vị trí min 56
  21. Hình 3.20 Sơ đồ thí nghiệm lấy đặc tính cơ của động cơ một chiều KT độc lập + Mở cửa sổ đo momen và tốc độ để chỉ số liệu. + Đóng nguồn tăng dần điện áp đặt vào phần ứng động cơ U = Udm. Điều chỉnh dòng điện kích từ để n = 1,05% ndm, (Khoảng 1575vg/ph). Sau đó xoay núm điều chỉnh Load control để tăng momen. Trong quá trình tăng tải, đọc số liệu trên mô đun đo mô men tốc độ Prime move ghi kết quả đo được vào bảng 5. Bảng 5: Đặc tính cơ n (vòng /phút) T (N.m) I1(A) E1(V) a) Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập * Thay đổi từ thông: (Sơ đồ thí nghiệm hình 3.20) Trình tự tiến hành như sau: + Làm như thí nghiệm lấy đặc tính cơ. Sau đó thay đổi dòng điện kích từ và làm lại như trên. Lấy khoảng 3 giá trị dòng kích từ. Sau đó ghi vào bảng 6. Đặc tính cơ khi it = (A) n (vòng /phút) T (N.m) Đặc tính cơ khi it = (A) n (vòng /phút) 57
  22. T (N.m) * Thay đối điện áp đặt vào mạch phần ứng: (Sơ đồ thí nghiệm hình 3.6) Trình tự tiến hành như sau: + Làm như thí nghiệm lấy đặc tính cơ. Sau đó thay đổi điện áp đặc vào mạch phần ứng và làm lại như trên. Lấy khoảng 3 gía trị điện áp đặc vào mạch phần ứng. Sau đó số liệu đo được ghi vào bảng 7. Bảng 7 Đặc tính cơ khi U = (V) n (vòng /phút) T (N.m) Đặc tính cơ khi U = (V) n (vòng /phút) T (N.m) Câu hỏi cuối bài: Câu 1: Trình bày thí nghiệm đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ Câu 2: Trình bày thí nghiệm xây dựng các đặc tính của máy phát điện một chiều kích từ độc lập * Đặc tính ngoài U = f(I) * §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: It = f(I) khi U = const, n = const. * §¾c tÝnh t¶i: U = f(It) khi I = const, n = const * Thí nghiệm có tải: (hình 3.2) 58
  23. * Thành lập đặc tính điều chỉnh Câu 3: Trình bày thí nghiệm xây dựng các đặc tính của máy fát điện một chiều kích từ song song; §Æc tÝnh kh«ng t¶i: U0 = E = f(It) víi I = 0 vµ n = const. * §Æc tÝnh t¶i: U =f(It) víi I = const, n= cosnt. * §Æc tÝnh ngoµi: U =f (I) khi rt = cosnt , n = cosnt. * §Æc tÝnh ®iÒu chØnh. * Thí nghiệm không tảỉ * Thí nghiệm có tải * Thành lập đặc tính điều chỉnh: Câu 4: Trình bày thí nghiệm xây dựng các đặc tính của máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp: * §Æc tÝnh ngoµi: U =f(I) khi n = const. * §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: It = f(I) khi U = cosnt, n = const. * Thí nghiệm có tải: (nối thuận) * Thí nghiệm có tải: (nối ngược) Câu 5: Trình bày thí nghiệm xây dựng các đặc tính của động cơ điện một chiều Câu 6: Sù kh¸c nhau gi÷a ®Æc tÝnh ngoµi cña c¸c m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp vµ kÝch thÝch song song. Bài 4: Thí nghiệm máy phát điện đồng bộ 1. Thí nghiệm không tải Đặc tính không tải là quan hệ E = U0 =f(it) khi I=0 và f = fđm. Dạng đặc tính của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi khác nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tương đối E* = E/Eđm và it* = it/itđm0 như trên hình vẽ, trong đó itđm0 l à dòng điện không tải khi U = Uđm. Chúng ta chú ý rằng mạch từ của máy phát điện tuabin hơi bão hoà hơn mạch từ của máy phát điện tuabin nước. Khi E=Eđm = 1, đối với máy phát điện tua bin hơi kud = ku = 1,2; còn với máy phát điện tua bin nước kud = 1,06. 59
  24. Sơ đồ thí nghiệm như hình 4.1 Hình 4.1 : Sơ đồ thí nghiệm không tải máy phát điên đồng bộ Trình tự tiến hành nhu'sau: + Quay biến trở Rdc về vị trí min (nhỏ nhất). Công tắc mạch kích từ để vị trí 0, lấy Udư. + Bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động cơ sơ cấp (PRIME MOVER) để đạt tốc độ n=ndmcủa phát điện đồng bộ, + Giảm Rdc để tăng dòng điện kích thích cho đến khi điện áp đầu cực MFĐB bằng 1.2Udm. trong quá trình tăng dòng điện kích từ it, đưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột dể ghi kết quả đo được vào máy tính, Sau đó mở bảng số liệu (data table) đo được ghi vào bảng 1 (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu) Bảng 1 It=I3(A) U0= E1(V) Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ là quan hệ giữa sđđ E =U0 và dòng điện kích từ It khi máy làm việc không tải (I = 0) và tốc độ quay của rotor không đổi (hình 4.2). Nó chính là dạng đường cong từ hóa B = f(H) của vật liệu sắt từ E =U0=f(It)  I=0 và f=fdm 60
  25. Hình 4.2 Dặc tính không tải 2. Thí nghiệm lấy đặc tính ngắn mạch Đặc tính n là quan hệ E = U0 =f(it) khi I=0 và f = fđm.(khi đó dây quấn phần ứng được nối tắt ngay ở đầu máy) Nếu bảo qua điện trở của dây quấn phần ứng (rư =0) thì mạch dây quấn 0 phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm (ψ = 90 ) Như vậy Iq = Icosψ = 0 và Id = Isinψ = I v à đồ thị véc tơ của máy phát điện lúc đó như trên hình vẽ, ta có : E = + jI xd Và mạch điện thay thế của máy có dạng như trên hình vẽ Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hoà, vì từ thông khe hở Фб cần thiết để sinh ra Eб = E – I xưd = ixбư rất nhỏ. Do đó quan hệ I = f (it) là đường thẳng như trình bày trên hình vẽ. Tỷ số ngắn mạch : 61
  26. Tỷ số ngắn mạch K theo định nghĩa là tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch In0 ứng với dòng điện kích thích sinh ra sức điên động E = Uđm khi không tải với dòng điện định mức Iđm, nghĩa là: K = In0 / Iđm Theo định nghĩa đó, ta có : In0 = Uđm / xd Trong đó xd - trị số bão hoà của điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = Uđm. Thay trị số In0 ta có: K = Uđm/ xd Iđm = 1/xd* Thường xd* >1 do đó K< 1 và dòng điện ngắn mạch xác lập In0< Iđm, vì vậy có thể kết luận rằng dòng điện ngắn mạch xác lập của máy phát điện đồng bộ không lớn. Sở dĩ như vậy là do tác dụng khử từ rất mạnh của phần ứng. Từ hình vẽ, dựa vào tam giác đồng dạng OAA’ và OBB’ có thể biểu thị tỷ số ngắn mạch K theo các dòng điện kích thích như sau: K=Imo/ Iđm = ito/itn Trong đó : ito – dòng điện kích thích không tải lúc Uo = Uđm itn – dòng điện kích thích luc ngắn mạch I = I đm Tỷ số ngắn mạch K là một tham số quan trọng của máy điện đồng bộ. Máy với K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ΔU nhỏ và sinh ra công suất điện từ lớn khiến cho máy làm việc ổn định khi tải dao động. Nhưng muốn K lớn, nghĩa là xd nhỏ, phải tăng khe hở б và như vậy đòi hỏi phải tăng cường dây quấn kích thích từ và tương ứng phải tăng kích thước máy. Kết quả là phải dung nhiều vật liệu hơn và giá thành của máy cao. Thông thường đối với máy phát tua bin nước K = 0,8 ÷ 1,8, còn với máy phát tua bin hơi, K = 0,5 ÷ 1,0. Sơ đồ nối dây thí nghiệm như hình 4.3 62
  27. Hình 4.3 Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch máy phát đồng bộ ba pha Trình tư tiến hành như sau: + Quay biến trỏ Rđc về vị trí min (nhỏ nhất). + Bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động cơ sơ cấp (PRIME MOVER) cho đến khi dòng điện trên I1 và I2 bằng dòng Idm của phát điện đồng bộ. + Giảm Rdc để tăng dòng điện kích thích cho đến khi dòng điện của phần ứng đạt 1.2Iđm. trong quá trình tăng dòng điện kích từ it, đưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào máy tính. Sau đó mở bảng số liệu (data table) đo được shi vào bảng 2 (hoặc dùng máy in để in bang số liệu). Bảng 2: It=I3(A) I=I1(A) I dm 3.Thí nghiệm lấy đặc tính ngoài Đặc tính ngoài là quan hệ U = f(I) khi it = const; cosφ = const và f = fđm . Nó cho thấy lúc giữ kích thích không đổi, điện áp của máy thay đổi thế nào theo tải. Khi lấy đặc tính này phải thay đổi tải I, sao cho cosφ = const rồi do U và I ứng với các trị số khác nhau của tải z. Dạng của các đặc tính ngoài với các tính chất khác nhau của tải được trình bày trên hình vẽ. Chú ý trong mỗi trường hợp phải điều chỉnh dòng điện kích thích sao cho khi I = Iđm có U = Uđm sau đó giữ nó không đổi khi thay đổi tải. Dòng điện it ứng với U = Uđm ; I= Iđm ; cos φ = cosφ đm ; f = f đm được gọi là dòng điện từ hoá định mức. 63
  28. Sơ đồ thí nghiệm như hình 4.4 Hình 4.4: Sơ đồ thí nghiệm lấy đặc tính tải * Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp máy phát, nhưng chỉ bằng Udm. + Lần lượt đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định mức, đồng thời cũng tăng dòng điện kích từ để giữ U không đổi và nếu tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh để n = nđm. Sau đó giảm dần tải, rồi dưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào máy tính. Sau đó mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 2 (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu). + Sau khi làm xong tải trở R, thay tải R-L, rồi tải R-C. Cũng làm như trên để lấy kết quả. Tải R (it = mA; n=vg/phút) I=I1 U =E1 Tải R-L (it = mA; n=vg/phút) I =I1 U =E1 64
  29. Tải R-L (it = mA; n=vg/phút) I =I1 U =E1 Hình4.5: Đặc tính điều ngoài Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ giữa điện áp U trên cực máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải không đổi (cosφ = const), cũng như tổc độ quay rotor n và dòng điện kích từ it không đổi. Dòng điện kích thích không đổi thì diện áp U thay đổi như thế nào khi dòng điện tải I thay đổi. Nó được trình bày trên hinh 3.8. Từ hình 3.8, ta thấy rằng đặc tính ngoài phụ thuộc tính chất tải. Tải có tính cảm khi I tăng, do phần ứng phản ứng khử từ nên điện áp giảm, đưòng biểu diễn đi xuống; còn tải có tính dung thì ngược lại. Dòng điện từ hóa định mức là dòng điện kích thích ứng với chế độ U=Udm I=Idm cosφ=cosφdm f=fdm 4.Thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh là quan hệ it = f(I) khi U = const, cos φ = const , f = f đm. Nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp U ở đầu máy không đổi. Khi làm thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh theo sơ đồ hình vẽ, phải thay đổi z và đồng thời thay đổi it để có cos φ = const và U = const. Dạng của đặc tính ở các trị số cosφ khác nhau như trên hình vẽ 65
  30. Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng cũng tăng làm cho U bị giảm. Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng điện từ hoá it ; ngược lại vói tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it. Thông thường cosφđm = 0,8 (thuần cảm), nên từ không tải (U=Uđm; I = Iđm) phải tang dòng điện từ hoá it khoảng 1,7 ÷ 2,2 lần. Sơ đồ thí nghiệm như hình 4.5: Trình tự tiến hành như sau : + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng Uđm. + Lần lượt đóng K để tăng dần tải. Mỗi lần tăng tải, nếu điện áp U và tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh dòng điện kích từ it để giữ U = Udm và điều chỉnh diện áp đưa vào Prime Mover để giữ tốc độ bằng định mức, Sau đó đưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào máy tính, Mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 3. + Sau khi làm xong tải trở R, thay tải R-L, rồi tảí R-C. Cùng làm như trên để lấy kết quả. Tải R (Udm = V; n=vg/phút) It=I 3 I=I 1 Tải R-L (Udm = V; n=vg/phút) It=I 3 I=I 1 Tải R-C (Udm = V; n=vg/phút) It=I 3 66
  31. I=I 1 Hình 4.6: Đặc tính điều chỉnh Đặc tính điều chỉnh của máy phát là quan hệ giữa dòng điện kích từ it theo dòng điện tải I khi diện áp U không đổi và tốc độ quay rotor n, cosφ cũng không đổi (hình 4.6). Đặc tính này cho biết cần phải điều chỉnh dòng điện kích từ như thế nào để giữ điện áp U trên đầu cực máy phát không đổi khi tăng tải. Thường trong các máy phát điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ để giữ điện áp không đổi. Dòng điện kích thích thay đổi ứng với các tính chất tải khác nhau: - Tải thuần trở: tăng tải thì phải tăng dòng điện kích từ it để bù điện áp rơi trên dây quấn phần ứng. - Tải có tính cảm :tăng tải thì phải tăng dòng điện kích từ It mạnh (1,7- 2,2) It0, để khắc phục phản ứng phần ứng khử từ. - Tải có tính dung: tăng tải thì giảm It do phản ứng phần ứng trợ từ. 5. Hòa đồng bộ máy phát điện đồng bộ: * §iÒu kiÖn ®Ó m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc song song - §iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn Uf ph¶i b»ng ®iÖn ¸p cña líi ®iÖn - TÇn sè cña m¸y ph¸t ®iÖn fF ph¶i b»ng tÇn sè cña líi ®iÖn fL - Thø tù pha cña m¸y ph¸t ®iÖn ph¶i gièng thø tù pha cña líi ®iÖn - §iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn vµ cña líi ®iÖn ph¶i trïng nhau 67
  32. ViÖc ghÐp song song c¸c m¸y ph¸t ®iÖn vµo hÖ thèng ®iÖn theo ®iÒu kiÖn trªn gäi lµ hoµ ®ång bé chÝnh x¸c m¸y ph¸t ®iÖn * Ph¬ng ph¸p ghÐp a. Ph¬ng ph¸p hoµ ®ång bé * Hoµ ®ång bé kiÓu nèi tèi Phơng pháp này dùng cho các máy phát điện đồng bộ công suất nhỏ đợc thực hiện theo " kiểu nối tối " nh hình vẽ . - Mỗi ngọn đèn 1, 2, 3 của bộ đồng bộ đợc nối giữa 2 đầu tơng ứng của cầu dao CD2 . điện áp của máy phát điện kiểm tra theo điều kiện UL = UF bằng đồng hồ vôn mét có công tắc đổi nối . - Tần số và thứ tự pha đợc kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3 bóng đèn 1, 2, 3. Điện áp đặt lên các đèn là Uđ1 , Uđ2 , Uđ3 chính là hiệu điện áp các pha của lới điện và CD1 máy phát điện . Gọi C điện áp pha của lới D điện là U , U , U A1 B1 C1 V và của máy phát điện là UA2, UB2, UC2 thì: F UĐ1 = UA1 - UA2, 1 F2 UĐ2 = UB1 - UB2, UĐ3 + + I Ikt = UC1 - UC2 kt 1 2 - - UA1 UA1 UĐ1 UB2 UD2 UC1 UĐ3 UC2 UB1 Hình 4.7: Sơ đồ hoà đồng bộ Khi ®iÖn ¸p líi ®iÖn vµ m¸y ph¸t ®iÖn cha trïng pha th× vÐc t¬ ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c ®Ìn cã ®é lín b»ng ®óng kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®Çu mót c¸c vÐc t¬ biÓu diÔn ®iÖn 68
  33. ¸p líi ®iÖn vµ ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®iÖn F2 , c¸c ®Ìn sÏ s¸ng . Khi ®iÖn ¸p cña líi ®iÖn vµ m¸y ph¸t ®iÖn trïng pha th× ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c ®Ìn b»ng 0 ®Ìn t¾t . NÕu tÇn sè m¸y ph¸t ®iÖn vµ líi ®iÖn kh«ng b»ng nhau th× c¸c vÐc t¬ ®iÖn ¸p l- íi vµ m¸y ph¸t ®iÖn sÏ quay víi tèc ®é kh¸c nhau . Gãc lÖch pha gi÷a chóng sÏ thay ®æi tõ 0 - 1800 . §iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c ®Ìn sÏ thay ®æi tõ 0 ®Ðn 2 lÇn ®iÖn ¸p ®iÖn ¸p pha, ®Ìn sÏ lÇn lît s¸ng tèi . Sù sai kh¸c vÒ tÇn sè gi÷a m¸y ph¸t ®iÖn vµ líi ®iÖn cµng lín th× c¸c ®Ìn s¸ng tèi cµng nhanh . Khi tÇn sè m¸y ph¸t ®iÖn vµ líi ®iÖn gÇn b»ng nhau th× c¸c ®Ìn s¸ng t«i chËm dÇn. Chän thêi ®iÓm ®ãng cÇu dao CD2 khi 3 ®Ìn cïng tèi ( ®iÖn ¸p líi ®iÖn vµ m¸y ph¸t ®iÖn trïng pha ) trong thêi gian t¬ng ®èi l©u ( 3 - 5 ) s chøng tá tÇn sè m¸y ph¸t ®iÖn vµ líi ®iÖn b»ng nhau . NÕu thø tù pha nèi gi÷a m¸y ph¸t ®iÖn vµ líi ®iÖn kh«ng ®óng th× 3 ®Ìn sÏ kh«ng thÓ s¸ng tèi ®ßng thêi . * Hoµ ®ång bé b»ng bé ®ång bé kiÓu tõ Trong c¸c nhµ m¸y ®iÖncã c¸c m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt lín , ®Ó kiÓm tra ®iÒu kiÖn ghÐp song song m¸y ph¸t ®iÖn vµo líi ®iÖn ngêi ta thêng dïng cét ®ång bé tøc bé ®ång bé kiÓu tõ . Cét ®ång bé kiÓu tõ gåm 3 dông cô ®o sau : - Mét v«n mÐt cã 2 kim , 1kim chØ ®iÖn ¸p líi ®iÖn , 1kim chØ ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®iÖn - Mét tÇn sè kÕ cã 2 phiÕn rung chØ ®ång thêi tÇn sè cña líi fL vµ tÇn sè cña m¸y ph¸t ®iÖn . - Mét dông cô ®o lµm viÖc theo nguyªn lý tõ trêng quay cã kim quay víi tÇn sè fL - fP .Tèc ®é quay cña kim phô thuéc vµo trÞ sè fL - fP, chiÒu quay cña kim thuËn hay ngîc chiÒu kim ®ång hå tuú thuéc theo fL > fF hay ngîc l¹i . -Khi FL fF kim quay rÊt chËm, th× thêi ®iÓm ®ãng cÇu dao lµ lóc kim trïng víi ®êng th¼ng ®øng vµ híng tõ trªn xuèng * Ph¬ng ph¸p tù ®ång bé ViÖc ghÐp m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc song song víi líi ®iÖn theo ph¬ng ph¸p tù ®ång bé ®îc tiÕn hµnh nh sau :§iÒu chØnh m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé kh«ng ®îc kÝch tõ ( UF = 0 ) víi d©y quÊn kÝch tõ ®îc nèi qua ®iÖn trë triÖt tõ ®Õn tèc ®é sai kh¸c víi tèc ®é ®ång bé kho¶ng 20 % råi kh«ng cÇn kiÓm tra tÇn sè, trÞ sè gãc pha cña ®iÖn ¸p cø viÖc ®ãng cÇu dao cña m¸y ph¸t ®iÖn vµo líi ®iÖn . Sau ®ã lËp tøc cho kÝch tõ m¸y ph¸t ®iÖn vµ do t¸c dông cña m« men ®ång bé m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé ®îc l«i vµo tèc ®é ®ång bé ( fL = fF ) . Qu¸ tr×nh ghÐp m¸y ph¸t ®iÖn song song víi líi ®iÖn hoµn thµnh * Chó ý: ViÖc ®ãng cÇu dao nèi m¸y ph¸t ®iÖn cha ®îc kÝch tõ vµo líi ®iÖn cã ®iÖn ¸p UL t¬ng ®¬ng víi trêng hîp ng¾n m¹ch ®ét nhiªn cña líi ®iÖn , v× ngoµi tæng trë cña b¶n th©n m¸y ph¸t ®iÖn cßn cã tæng trë cña c¸c phÇn tö kh¸c líi ®iÖn ( 69
  34. m¸y biÕn ¸p t¨ng ¸p, ®êng d©y ) nªn dßng ®iÖn xung trong m¸y ph¸t ®iÖn kh«ng vît qu¸ (3 - 4) lÇn I®m . h¬n n÷a v× d©y quÊn kÝch tõ ®îc nèi qua ®iÖn trë triÖt tõ nªn dßng ®iÖn xung qu¸ ®é gi¶m nhanh .Ph¬ng ph¸p tù ®ång bé ®îc phÐp sö dông trong trêng hîp Ixung < 3,5 I®m . Sơ đồ nói dây thí nghiệm như hình 4.8: Hình 4.7: Sơ đồ nối dây thí nghiệm Trình tự tiến hành như sau: + Làm giống như thí nghiệm không tải để thành lập điện áp, nhưng điện áp máy phát UF chỉ bằng điện áp lưới UL, .(E1 = E3) + Điều chỉnh điện áp đưa vào động cơ sơ cấp để thay đổi tốc độ của máy phát và quan sát modun đèn đồng bộ (nối tối). + Mở phân tích pha để so pha giữa E1 và E3, qua đó thấy sự lệch pha của điện áp máy phát UF và điện áp lưới UL . Thay đổi tốc độ của máy phát quan sát hai vectơ UF và UL trên cửa sổ phân tích pha. Sau khi hòa đồng bộ, cần lưu ý: + Ta điều chỉnh dòng điện kích từ It , điện áp của máy phát vẫn không đổi vì đó là điện áp của lưới điện. Việc thay đổi dòng điện kích tử It chỉ làm thay đổi công suất phản kháng của máy phát. + Muốn máy phát mang tải, ta tăng công suất động cơ sơ cấp: tăng lưu lượng nước trong máy thủy điện hoặc tăng lưu lượng hơi trong máy nhiệt điện. Câu hỏi cuối bài: Câu 1: Trình bày thí nghiệm không tải của máy phát điện đồng bộ. Câu 2: Trình bày thí nghiệm lấy đặc tính ngắn mạch của máy phát điện đồng bộ. Câu 3: Trình bày thí nghiệm lấy đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ. 70
  35. Câu 4: Trình bày thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ. Câu 5: Trình bày thí nghiệm hòa đồng bộ máy phát điện đồng bộ. 71
  36. MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Bài mở đầu: Nội quy phòng thí nghiệm 2 Bài 1: Thí nghiệm máy biến áp 4 1. Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên ly làm việc máy biến áp 4 1.1. Cấu tạo 4 1.1.1 Máy biến áp một pha 4 1.1.2. Máy biến áp ba pha 4 1.2. Nguyên ly làm việc 4 2. Thí nghiệm đặc tính không tải của máy biến áp 1 pha. 5 2.1 Chế độ không tải của máy biến áp 5 2.2 Thí nghiệm không tải máy biến áp 6 3. Thí nghiệm chế độ ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha 7 3.1 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha 7 3.2 Thí nghiệm ngắn mạch 7 4.Thí nghiệm xác định cực tính của máy biến áp cảm ứng 8 5. Chỉnh lưới điện áp thứ cấp máy biến áp cảm ứng 9 6. Thí nghiệm máy biến áp tự ngẫu. 9 6.1. Mô tả các thiết bị 9 6.2 Tiến hành thí nghiệm: 9 6.2.1 Thí nghiệm không tải 9 6.2.2. 6.2.2. Thí nghiệm có tải: 10 6.2.2.1. Tải thuần trở R 10 6.2.2.2. Tải thuần dung C 11 7. Thí nghiệm máy biến áp ba pha 12 7.1. Thí nghệm không tải 12 7.2. Thí nghiệm ngắn mạch 13 7.3. Xác định các đại lượng và thông số mạch điện thay thế của mba từ 14 thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch 7.4 Thí nghiệm có tải 15 Bài 2: Thí nghiệm máy điện không đồng bộ 19 1. Tìm hiểu cấu tạo và ghi các số liệu định mức của động cơ 19 1.1 Cấu tạo 19 1.1.1.Phần tĩnh 19 72
  37. 1.1.2. Phần quay (rô to) 20 1.2. Các đại lượng định mức 20 1.3. Các đặc tính 21 2. Đo điện trở một chiều của các cuộn dây stato 29 3. Thí nghiệm không tải 30 4. Thí nghiệm ngắn mạch 34 5. Thí nghiệm điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi p , U1 35 Bài 3: Thí nghiệm máy điện một chiều 36 1. Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ 36 2. Thí nghiệm máy phát một chiều 37 2.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập 38 2.2. Máy fát điện một chiều kích từ song song 42 2.3. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp 45 2.4. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp 46 3. Thí nghiệm động cơ điện một chiều 49 3.1 Phương trình đặc tính cơ 49 3.2 Ảnh hưởng của các thông số đối với đặc tính cơ 52 Bài 4: Thí nghiệm máy phát điện đồng bộ 58 1. Thí nghiệm không tải 58 2. Thí nghiệm lấy đặc tính ngắn mạch 59 3.Thí nghiệm lấy đặc tính ngoài 62 4.Thí nghiệm lấy đặc tính điều chỉnh 63 5. Hòa đồng bộ máy phát điện đồng bộ 65 Tài liệu tham khảo 69 Mục lục 70 73