ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Báo cáo:

THÍ NGHIỆM BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ

Họ và tên sinh viên :

MSSV :

Nhóm :

Tổ :

1

Bài 1: ĐO LƯỜNG MỘT TẢI 3 PHA

(ngày thực hiện bài TN: 26/9/2012)

I. Mục tiêu Tìm hiểu, làm quen với các thiết bị đo và phương phap đo lường công suất tác dụng(W), công suất biểu kiến(VA), công suất phản kháng(VAR) và hệ số công suất PF trong mạch 3 pha.

II. Thiết bị thí nghiệm 1. Bộ nguồn công suất Electron2. Đồng hồ kẹp3. Prode dòng Hameg-Osciloscope4. Tụ điện 3 pha nối tam giác

III. Tiến trình, kết quả và nhận xét, kết luận A. lắp đặt thiết bịHình. Sơ đồ nguyên lý động cơ AC không đồng bộ gắn với tải cơ học

Nguồn điện 3 pha được nối với một động cơ không đồng bộ 1Hp 380V nối sao.

Đồng hồ Watt kế được kết nối với 1 pha (pha c) của động cơ như hình vẽ, 2 pha còn lại (pha a và pha b) được kết nối với 2 probe cách ly.

2

B. đo công suất ở trường hợp tải cân bằng-không bù

3 pha của động cơ được nối với 3 pha của nguồn điện

Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách cấp nguồn từ bộ nguồn 3 pha và giữa giá trị điện áp không đổi (V < 200V). Kết quả các giá trị của điện áp, dòng điện, hệ số công suất của từng pha.

Varms= 140,6V Vbrms= 138,1 V Vc rms= 139,1V

Iarms= 0,798A Ibrms= 0,668A Icrms= 0,713A

Vẽ đồ thị cho dòng điện 2 pha a và b trên cùng 1 đồ thị

Từ đồ thị tính giá trị dòng điện trong bảng (t: s; I: A)

I a(t )=1,25cos(100πt+1200) I b(t )=0,95cos(100πt)

T=20 ms

3

Dòng điện trung tính: I n= 0,731A

Giải thích kết quả trên:

I b(t ) chậm pha hơn I a(t ) một góc 1200. Điều này đúng với lý thuyết.

giá trị điện áp, dòng điện của từng pha xấp xỉ như nhau. Đúng với lý thuyết.

Công suất biểu kiến,tác dụng và hệ số công suất của từng pha:

(các giá trị P, Q, P.F đo, còn S được tính bằng công thức S=√P2+Q2 )

Sa= 0,110VA Sb=0,093VA Sc=0,095VA

Pa=0,027W Pb= 0,013W Pc= 0,018W

Qa=0,107VAR Qb= 0,092VAR Qc=0,093VAR

P.Fa=0,25 P.Fb=0,14 P.Fc=0,197

Kiểm tra mối quan hệ S,P,P.F trên pha a:

PaSa = 0,027

0,107=0,252 xấp xĩ P.Fa

Nhận xét: Giữa lý thuyết và thực nghiệm có sai số không đáng kể do sai số trong quá trình đo. Nhìn chung kết quả thực nghiệm gần đúng với lý thuyết.

Xác định tổng công suất biểu kiến, công suất tác dụng và công suất phản kháng:

S= Sa+Sb+Sc=0,110+0,093+0,095=0,298VA

P=Pa+Pb+Pc=0,027+0,013+0,018=0,058W

Q=Qa+Qb+Qc=0,107+0,092+0,093=0,292VAR

C. Đo công suất ở trường hợp tải cân bằng, có bù:

4

Lấy tụ bù nối ∆ gắn song song với động cơ không đồng bộ. Đo lại P,Q và P.F trên từng pha của bộ nguồn. Suy ra giá trị S trên từng pha

Sa = 0,089VA Sb = 0,068VA Sc = 0,074VA

Pa = 0,030 W Pb = 0,012 W Pc = 0,015 W

Qa = 0,084 VAR Qb = 0,067VAR Qc = 0,072VAR

PFa = 0,332 PFb = 0,175 PFc = 0,208

Xác định giá trị tụ bù theo kết quả PF nhận được theo công thức toán học:

Ca= -∆Qa

w .Va2 = - 0,084−0,107

2π .50 .2202 =1,513.10−9 C=1,513pF

Cb= -∆Qb

w .Vb2 = - 0,067−0,092

2π .50 .2202 =1,644.10−9 C=1,644pF

C c= -∆Qc

w .Vc2 = - 0,072−0,093

2π .50 .2202 =1,381.10−9 C=1,381pF

D. Đo công suất ở trường hợp không tải mất cân bằng

tháo tụ bù ra khỏi nguồn điện. mắc nối tiếp 1 điện trở có giá trị 6 ohm trên pha a của động cơ không đồng

bộ với nguồn. đo lại các kết quả điện áp, dòng điện hiệu dụng, hệ số công suất trên từng

pha.Bảng số liệu:

Sa = 0,101 VA Sb = 0,096 VA Sc = 0,107 VA

Pa = 0,036W Pb = 0,009 W Pc = 0,014W

Qa = 0,094 VAR Qb = 0,096 VAR Qc = 0,106 VAR

PFa = 0,364 PFb = 0,099 PFc = 0,136

dòng điện trung tính: I n= 0,730 A nhận xét:

5

dòng điện trung tính trong 2 thí nghiệm B và D xấp xĩ nhau(0,731 và 0,730).

Công suất tác dụng chênh lệch nhau nhiều. trường hợp tải mất cân bằng sẽ ảnh hưởng đến động cơ.

Bài 2 MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA

6

(ngày thực hiện bài TN: 3/10/2012)

I. mục tiêu

Hiểu và kiểm tra lại các đặc tính của máy biến áp: đặc tính không tải,đặc tính ngắn mạch, đặc tính tải của máy biến áp.

Từ các thí nghiệm không tải và ngắn mạch xác định thông số cho sơ đồ mạch tương đương của máy biến áp.

II. thiết bị thí nghiệm

Máy biến áp 1 pha 220/110 volts, 5/10 A Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi được cung cấp cho cuộn

sơ cấp của máy biến áp một pha. Ampere kế, Volt kế và Watt kế.

III. tiến trình

Đấu dây tổng quát:

A. thí nghiệm không tải

Sơ đồ nguyên lý

7

Variac Module

V,I

MBA Module

V,I220V

Sơ đồ đấu dây

Bảng số liệu

U 10(V ) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220U 20(V ) 22,0

432,27 43,1 53,2 64,3 74,4 84,1 94,8 105,

0115,1

I 10(A) 0,048

0,057 0,066 0,078

0,092 0,110 0,139 0,185 0,200

0,378

P10(W) 1,152

2,052 3,168 4,68 6,624 9,24 13,344 19,98 24 49,896

cos(ϕ) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 O,6 0,6

Ghi chú các giá trị U 20 và I 10 đo cos(ϕ)=0,6 giá trị cho. P10 được tính bằng công thức: P10=U 10 . I 10. cos(ϕ)

8

i. Vẽ đặc tính không tải U 10=f(I 10)

Nhận xét:Dạng của đặc tính không tải gần giống với đặc tính đường cong từ hóa.

ii. Giá trị P10 đo được chính là công suất tổn hao không tải của máy biến áp, là công suất nguồn điện cung cấp cho máy biến áp ở chế độ không tải.Trong dãy công suất đo được thì giá trị P10 tại áp định mức có ý nghĩa nhất khi vận hành máy biến áp. Vì giá trị quy đổi tổn hao không tải thường lớn nên sai số lớn.

iii. Không thể quy đổi tổn hao không tải từ các thí nghiệm mà U 10 nhỏ hơn điện áp định mức (220 V) về thí nghiệm không tải khi U 10 ở điện áp định mức. Vì giá trị quy đổi tổn hao không tải thường lớn nên sai số lớn.

iv. Sơ đồ tương đương:

Các thông số cho sơ đồ tương đương

k=U 1đm

U 20 =

220115,1 =1,911 xấp xĩ 2

9

Rc =P10

I 102 =

49,896

0,3782 =349,206 ohm

Tổng trở không tải

Z0= U 1đm

I 10 =

2200,378 =582,01 ohm

X m =√Z02−R c

2 = √582,012−349,2062 =465,608 ohm

B.Thí nghiệm ngắn mạch

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ đấu dây

Chỉnh variac về 0. Tăng dần áp ngõ vào và đo các thông số theo bảng

10

I 2n(A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10U 1n(V) 1,9 4,9 6,75 8,5 10,6 12,56 14,24 16,2 18,39 20I 1n(A) 0,4 1 1,7 2,3 2,75 3,3 3,8 4,3 4,8 5,2cos(ϕ)

0,993

0,993

0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993

P1n

(W)0,75

54,86

611,39

519,41

328,94

641,15

853,73

369,17

287,65

4103,27

2

Ghi chú các giá trị U 1n và I 1n đo cos(ϕ)=0,993 giá trị cho. P1n được tính bằng công thức: P1n=U 1n . I 1n. cos(ϕ)

i. Từ số liệu đo được tính toán thông số cho sơ đồ tương máy biến áp

Zn= U 1n

I 1đm =

205,2 =3,846 ohm

Req =P1n

I 1đm2 =

103,272

5,22 =3,819 ohm

X eq =√Zn2−R eq2 = √3,8462−3,8192 =0,455 ohmii. Vẽ đường đặc tính ngắn mạch U 1n=f(I 1n)

11

Nhận xét

đường đặc tính ngắn mạch U 1n=f(I 1n) có dạng gần như tuyến tính. Ở thí nghiệm không tải: U 10 lớn, I 10 nhỏ. Ở thí nghiệm ngắn mạch thì U 1n nhỏ, I 1n lớn (vì U 1n nhỏ nên ở thí nghiệm ngắn mạch từ thông nhỏ → có thể bỏ qua tổn hao sắt từ).

iii. Có thể quy đổi tổn hao ngắn mạch từ các thí nghiệm mà I 1n nhỏ hơn dòng điện định mức (5 A) về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá trị định mức. Vì các giá trị quy đổi tổn hao ngắn mạch thường nhỏ do đó sai số không đáng kể khi quy đổi từ các thí nghiệm mà I 1n nhỏ hơn dòng định mức.

iv. Với quan điểm của người sử dụng, các thông số quan trọng nhất trong thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch để có thể ghi trên nhãn máy:

Thí nghiệm không tải: áp định mức U 1đm , công suất tổn hao không tải P10, I 10 tại U 10=U 1đm.

Thí nghiệm ngắn mạch: dòng định mức I 1đm, công suất tổn hao ngắn mạch P1n, U 1n tại I 1n =I 1đm.

Các thông số này quan trọng vì từ các thông số này ta sẽ tìm được các thông số công suất, hiệu suất suy ra đặc điểm vận hành của máy biến áp.

12

C. thí nghiệm có tải Sơ đồ đấu dây

Điều chỉnh variac sao cho điện áp U1 bằng điện áp định mức, thay đổi tải (bằng cách bật nối tiếp các công tắc trên hộp tải.

Bảng số liệu:

Tải 0 1 2 3 4 5 6 7 8U 2(V) 110,3 110,7 110,0 109,3 108,7 108,1 107,6 106,9 106,4I 2(A) 0,4 0,5 1,5 2,5 2,8 3,5 4 4,6 5,2

cos(ϕ2 ¿ 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999P2(W) 44,07

655,29

5164,83

5272,97

7304,05

6377,97

2429,97

0491,24

8552,72

7U 1(V) 220 220 220 220 220 220 220 220 220I 1(A) 0,4 0,5 0,9 1,4 1,9 2,1 2,5 2,7 3

cos(ϕ1 ¿ 0,965 0,976 0,986 0,987 0,991 0,993 0,994 0,995 0,996P1(W) 84,92 107,3

6195,22

8303,99

6414,23

8458,76

6546,7 591,03 657,36

i. Vẽ đặc tính tải U2 = f(I2)

13

độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấp ở giá trị định mức:

∆U% =|106,4−110,3110,3 |. 100% = 3,54%

ii. đặc tính hiệu suất theo hệ số tải:

η=P2

P1; β=

S2

Sđm

Sđm= U 2đm.I 2đm=110.10=1100VA S2= U 2.I 2

Tải 0 1 2 3 4 5 6 7 8U 2(V) 110,3 110,7 110,0 109,3 108,7 108,1 107,6 106,9 106,4I 2(A) 0,4 0,5 1,5 2,5 2,8 3,5 4 4,6 5,2P2(W) 44,076 55,29

5164,835 272,97

7304,056 377,972 429,970 491,24

8552,727

P1(W) 84,92 107,36

195,228 303,996

414,238 458,766 546,7 591,03 657,36

η 0,52 0,52 0,84 0,90 0,73 0,82 0,79 0,83 0,84S2(VA) 44,12 55,35 165 273,25 304,36 378,35 430,4 491,74 553,28Sđm(VA) 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100

β 0,04 0,05 0,15 0,25 0,28 0,34 0,39 0,45 0,50

Vẽ đặc tính hiệu suất theo hệ số tải: η=f(β)

14

Điểm đạt hiệu suất cực đại: η=0,9

15

Bài 3 MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CÓ NHÁNH PHÂN TỪ(ngày thực hiện bài TN: 12/9/2012)

I. Mục tiêu

Hiểu sự ảnh hưởng của cấu tạo mạch từ đến đặc tính làm việc của máy biến áp. Sự ảnh hưởng của tử thông rò lên giá trị điện kháng của máy biến áp.

II. thiết bị thí nghiệm

Máy biến áp 1 pha 220/110 volts, 5/10 A. có nhánh phân từ và khe hở không khí

Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi được cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp một pha.

Ampere kế, Volt kế và Watt kế.

III. tiến trình

Sơ đồ đấu dây tổng quát:

A. không tải thí nghiệm

Sơ đồ nguyên lý

16

Sơ đồ đấu dây

Bảng số liệu

U 10(V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

U 20(V) 20,23 30 39,2 47,9 58,2 68,9 79,5 89,8 100,8

109,6

I 10(A) 0,12 0,16 0,19 0,23 0,26 0,31 0,35 0,39 0,45 0,49

cos(ϕ) 0,285 0,285 0,285

0,285 0,285 0,285 0,285 0,285 0,285

0,285

P10(W) 1,368 2,736 4,33 6,555 8,892 12,36 15,96 20,007 25,6 30,723

17

2 9 5

Ghi chú các giá trị U 20 và I 10 đo cos(ϕ)=0,6 giá trị cho. P10 được tính bằng công thức: P10=U 10 . I 10. cos(ϕ)

i. Vẽ đặc tính không tải U 10=f(I 10)

ii. Tính toán thông số của mạch tương đương máy biến áp:

18

k=U 1đm

U 20 =

220109,6 =2,007 xấp xĩ 2

Rc =P10

I 102 =

30,723

0,492 =127,959 ohm

Tổng trở không tải

Z0= U 1đm

I 10 =

2200,49 =448,980 ohm

X m =√Z02−Rc

2 = √448,9802−127,9592 =430,360 ohm

B. thí nghiệm ngắn mạch

Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ đấu dây

19

Bảng số liệu

U 1n(V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220I 2n(A) 0,78 1,02 1,38 1,62 1,98 2,3 2,62 2,98 3,38 3,7I 1n(A) 0,38 0,6 0,9 1,18 1,38 1,57 1,78 1,98 2,2 2,41cos(ϕ) 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083P1n(W) 1,262 2,988 5,976 9,794 13,745 18,243 23,638 29,581 36,52 44,006

i. Từ số liệu đo được tính toán thông số cho sơ đồ tương máy biến áp

Zn= U 1n

I 1đm =

2202.41 =91,286 ohm

Req =P1n

I 1đm2 =

44,006

2,412 =18,26 ohm

X eq =√Zn2−R eq2 = √91,2862−18,262 =89,441 ohmii. Vẽ đường đặc tính ngắn mạch U 1n=f(I 1n)

20

Nhận xét: Đường đặc tính không tả và ngắn mạch có dạng giống nhau, gần như là

tuyến tính theo I Dạng của đường đặc tính U 1n=f(I 1n) gần giống với đường đặc tính tương ứng

trong bài 2.

C. thí nghiệm có tải

Sơ đồ đấu dây

Điều chỉnh variac sao cho điện áp U1 bằng điện áp định mức, thay đổi tải (bằng cách bật nối tiếp các công tắc trên hộp tải).

Bảng số liệu:

Tải 0 1 2 3 4 5 6 7 8

U2(V) 84 94 84,1 74,3 66,3 59,1 53,4 48,1 44

21

I2(A) 2,18 1,7 2,18 2,52 2,78 2,95 3,05 3,2 3,3

U1(V) 220 220 220 220 220 220 220 220 220

I1(A) 2,62 1,38 1,62 1,82 1,98 2,02 2,17 2,2 2,25

cos(φ1) 0,64 0,57 0,49 0,47 0,4 0,37 0,37 0,35 0,35

cos(φ2) 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999

P1(W) 368,896 173,052 174,636 204,732 174,24 164,428 176,638 169,4 173,25

P2(W) 182,937 142,657 183,155 187,049 184,13 174,171 162,707 153,766 145,055

i. Vẽ đặc tính tải U 2 = f(I 2)

độ sụt áp %:

∆U% =|110−44110 |. 100% = 60%

ii. kết luận: kết cấu mạch từ sẽ ảnh hưởng lên đặc tính làm việc của máy biến áp .

22

BẢNG SO SÁNH GIỮA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA VÀ MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CÓ NHÁNH PHÂN TỪ

Bài 2: máy biến áp một pha

Bài 3: máy biến áp một pha có nhánh phân từ

Thí nghiệm không tải Đặc tính không tải là 1 đường cong gần giống với đặc tính đường cong từ hóa

Đặc tính không tải gần như tuyến tính

Thí nghiệm ngắn mạch Đường đặc tính ngắn mạch U 1n =f(I 1n) có dạng gần như tuyến tính

Đường đặc tính ngắn mạch U 1n =f(I 1n) gần giống với đường đặc tính ở bài 2

Thí nghiệm có tải Đường đặc tính tải có thể xem là tuyến tính

Độ sụt áp nhỏ

Đường đặc tính tải là một đường cong có U giảm dần theo IĐộ sụt áp lớn

23

Bài 4 KHUẾCH ĐẠI TỪ

(ngày thực hiện bài TN: 12/9/2012)

I. Mục tiêu:Hiểu rõ hơn về sự bão hòa của mạch từ cũng như tác dụng của từ thông một chiều và từ thông xoay chiều lên sức điện động cảm ứng và tự cảm của cuộn dây.

II. Thiết bị thí nghiệm

Máy biến áp 1 pha 3 cuộn dây (cuộn giữa N = 1275 vòng, 1A; hai cuộn bên 110V, 2A)

24

Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi được.

Ampere kế.

III. Tiến trìnhA. Sơ đồ mạch điện

25

B. Thí nghiệm1. Điều chỉnh thay đổi dòng điện IDC trong khoảng từ 0 – 200mA,dùng dao dộng ký đo và vẽ dạng sóng của các tín hiệu áp ở hai đầu của các cuộn dây, trên đèn trong trường hợp sau :

26

Biên độ dòng qua đèn

IDC(mA) 0 40 80 120 160 200

Biên độ dòng qua đèn (mA)

60,8 414,4 439,8 446,9 449,7 451,1

2. Khảo sát : Thay đổi đột ngột dòng IDC từ 0 lên 200mA. Ghi nhận thời gian tín hiệu trên

đèn từ quá độ tới ổn định. T 1= 1,03 s

Thay đổi đột ngột dòng IDC từ 200mA xuống 0mA. Ghi nhận thời gian tín hiệu trên đèn từ quá độ tới ổn định.

T 2= 1 s3. Giải thích nguyên lý của mạch điện.

Nguyên lý hoạt động:

Mạch khuếch đại từ là một thiết bị điện từ trường dùng để khuếch đại các tín hiệu điện. Nó là một mạch khuếch đại kiểu từ trường, lớp H.

Mạch khuếch đại từ thực chất là một cuộn dây hoạt động ở vùng bão hòa. Mạch khuếch đại từ ứng dụng tính chất bão hòa của lõi từ, sử dụng vùng đặc tính phi tuyến của một số loại lõi thép từ.

Một dòng điện DC nhỏ, với trở kháng nguồn thấp được đưa vào hai đầu cuộn dây điều khiển

Điện áp xoay chiều đặt vào một đầu cuôn dây xoay chiều. Giá trị của dòng điện một chiều được đưa vào cuộn dây làm thay đổi đặc điểm làm việc trên đường cong từ hóa, cả hai cuộn dây đều tiến dần đến vùng bão hòa. Khi đó cuộn dây sẽ chuyển từ trạng thái trở kháng cao sang trạng thái trở kháng thấp hơn. Vậy dòng điện một chiều đã thay đổi trở kháng của cuộn xoay chiều.

Vì cuộn một chiều được nối để triệt tiêu điện áp cảm ứng nên mạch một chiều không bị ảnh hưởng bởi mạch xoay chiều. Vậy nó chỉ đáp ứng theo điện trở thuần của cuộn dây. Suy ra năng lượng đưa vào cuộn điều khiển rất lớn so với cuộn xoay chiều.

27

Một sự thay đổi nhỏ trong dòng điện một chiều điều khiển có thể làm thay đổi rất lớn trở kháng của cuộn dây, nghĩa là làm thay đổi dòng điện tải rất lớn. Kết quả là mạch có đặc tính khuếch đại dòng điện.

28