Báo cáo Thí nghiệm biến đổi năng lượng điện cơ

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 Electron 2. Đồng hồ kẹp 3. Prode dòng Hameg-Osciloscope 4. Tụ điện 3 pha nối tam giác III. Tiến trình, kết quả và nhận xét, kết luận A. lắp đặt thiết bị Hình. 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. B. đo công suất ở trường hợp tải cân bằng-không bù 2  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. = 140,6V = 138,1 V = 139,1V = 0,798A = 0,668A = 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) =1,25cos(100πt+) =0,95cos(100πt) T=20 ms  Dòng điện trung tính: = 0,731A  Giải thích kết quả trên: 3 • chậm pha hơn một góc . 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= ) 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: = =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:  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 4  Xác định giá trị tụ bù theo kết quả PF nhận được theo công thức toán học: = - = - =1,513. C=1,513pF = - = - =1,644. C=1,644pF = - = - =1,381. 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: = 0,730 A  nhận xét: • 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. 5 Bài 2 MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA (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 6  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  Sơ đồ đấu dây 7 220V Module V,I Variac Module V,I MBA  Bảng số liệu 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 22,0 4 32,2 7 43,1 53,2 64,3 74,4 84,1 94,8 105, 0 115,1 (A) 0,04 8 0,05 7 0,06 6 0,07 8 0,09 2 0,11 0 0,139 0,18 5 0,20 0 0,378 (W) 1,15 2 2,05 2 3,16 8 4,68 6,62 4 9,24 13,34 4 19,9 8 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 và đo • cos(ϕ)=0,6 giá trị cho. • được tính bằng công thức: =. cos(ϕ) i. Vẽ đặc tính không tải =f() Nhận xét: Dạng của đặc tính không tải gần giống với đặc tính đường cong từ hóa. ii. Giá trị 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 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. 8 iii. Không thể quy đổi tổn hao không tải từ các thí nghiệm mà nhỏ hơn điện áp định mức (220 V) về thí nghiệm không tải khi 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= = =1,911 xấp xĩ 2 • = = =349,206 ohm • Tổng trở không tải = = =582,01 ohm = = =465,608 ohm B.Thí nghiệm ngắn mạch  Sơ đồ nguyên lý 9  Sơ đồ đấu dây  Chỉnh variac về 0. Tăng dần áp ngõ vào và đo các thông số theo bảng (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (V) 1,9 4,9 6,75 8,5 10,6 12,56 14,24 16,2 18,39 20 (A) 0,4 1 1,7 2,3 2,75 3,3 3,8 4,3 4,8 5,2 cos(ϕ ) 0,99 3 0,99 3 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 0,993 (W) 0,75 5 4,86 6 11,39 5 19,41 3 28,94 6 41,15 8 53,73 3 69,17 2 87,65 4 103,27 2 10 Ghi chú • các giá trị và đo • cos(ϕ)=0,993 giá trị cho. • được tính bằng công thức: =. cos(ϕ) i. Từ số liệu đo được tính toán thông số cho sơ đồ tương máy biến áp = = =3,846 ohm = = =3,819 ohm = = =0,455 ohm ii. Vẽ đường đặc tính ngắn mạch =f() Nhận xét đường đặc tính ngắn mạch =f() có dạng gần như tuyến tính. Ở thí nghiệm không tải: lớn, nhỏ. Ở thí nghiệm ngắn mạch thì nhỏ, lớn (vì 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 nhỏ hơn dòng điện định mức (5 A) về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá trị định mức. Vì các 11 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 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 , công suất tổn hao không tải , tại =. • Thí nghiệm ngắn mạch: dòng định mức , công suất tổn hao ngắn mạch , tại =. 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. 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 (V) 110,3 110,7 110,0 109,3 108,7 108,1 107,6 106,9 106,4 (A) 0,4 0,5 1,5 2,5 2,8 3,5 4 4,6 5,2 cos( 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 (W) 44,07 6 55,29 5 164,83 5 272,97 7 304,05 6 377,97 2 429,97 0 491,24 8 552,72 7 (V) 220 220 220 220 220 220 220 220 220 (A) 0,4 0,5 0,9 1,4 1,9 2,1 2,5 2,7 3 cos( 0,965 0,976 0,986 0,987 0,991 0,993 0,994 0,995 0,996 (W) 84,92 107,3 6 195,22 8 303,99 6 414,23 8 458,76 6 546,7 591,03 657,36 i. Vẽ đặc tính tải U2 = f(I2) 12 độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấp ở giá trị định mức: ∆U% =. 100% = 3,54% ii. đặc tính hiệu suất theo hệ số tải: • η=; β= • = .=110.10=1100VA • = . Tải 0 1 2 3 4 5 6 7 8 (V) 110,3 110,7 110,0 109,3 108,7 108,1 107,6 106,9 106,4 (A) 0,4 0,5 1,5 2,5 2,8 3,5 4 4,6 5,2 (W) 44,07 6 55,29 5 164,83 5 272,97 7 304,05 6 377,97 2 429,97 0 491,24 8 552,727 (W) 84,92 107,3 6 195,22 8 303,99 6 414,23 8 458,76 6 546,7 591,03 657,36 η 0,52 0,52 0,84 0,90 0,73 0,82 0,79 0,83 0,84 (VA) 44,12 55,35 165 273,25 304,36 378,35 430,4 491,74 553,28 (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) 13 Điểm đạt hiệu suất cực đại: η=0,9 14 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 15  Sơ đồ đấu dây  Bảng số liệu (V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 (V) 20,2 3 30 39,2 47,9 58,2 68,9 79,5 89,8 100, 8 109,6 (A) 0,12 0,16 0,19 0,23 0,26 0,31 0,35 0,39 0,45 0,49 cos(ϕ) 0,28 5 0,28 5 0,28 5 0,28 5 0,28 5 0,285 0,28 5 0,285 0,28 5 0,285 (W) 1,36 8 2,73 6 4,33 2 6,55 5 8,89 2 12,36 9 15,9 6 20,00 7 25,6 5 30,723 16 Ghi chú • các giá trị và đo • cos(ϕ)=0,6 giá trị cho. • được tính bằng công thức: =. cos(ϕ) i. Vẽ đặc tính không tải =f() ii. Tính toán thông số của mạch tương đương máy biến áp: • k= = =2,007 xấp xĩ 2 • = = =127,959 ohm • Tổng trở không tải = = =448,980 ohm 17 = = =430,360 ohm B. thí nghiệm ngắn mạch  Sơ đồ nguyên lý  Sơ đồ đấu dây  Bảng số liệu (V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 (A) 0,78 1,02 1,38 1,62 1,98 2,3 2,62 2,98 3,38 3,7 (A) 0,38 0,6 0,9 1,18 1,38 1,57 1,78 1,98 2,2 2,41 18 cos(ϕ) 0,08 3 0,08 3 0,08 3 0,08 3 0,083 0,083 0,083 0,083 0,08 3 0,083 (W) 1,26 2 2,98 8 5,97 6 9,79 4 13,74 5 18,24 3 23,63 8 29,58 1 36,5 2 44,006 i. Từ số liệu đo được tính toán thông số cho sơ đồ tương máy biến áp = = =91,286 ohm = = =18,26 ohm = = =89,441 ohm ii. Vẽ đường đặc tính ngắn mạch =f() 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 =f() gần giống với đường đặc tính tương ứng trong bài 2. C. thí nghiệm có tải 19  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 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) 368,89 6 173,05 2 174,63 6 204,73 2 174,2 4 164,42 8 176,63 8 169,4 173,25 P2(W) 182,93 7 142,65 7 183,15 5 187,04 9 184,1 3 174,17 1 162,70 7 153,76 6 145,055 i. Vẽ đặc tính tải = f() 20 độ sụt áp %: ∆U% =. 100% = 60% ii. kết luận: kết cấu mạch từ sẽ ảnh hưởng lên đặc tính làm việc của máy biến áp . 21 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 =f() có dạng gần như tuyến tính Đường đặc tính ngắn mạch =f() 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 I Độ sụt áp lớn 22 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)  Máy biến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi được.  Ampere kế. III. Tiến trình A. Sơ đồ mạch điện 23 B. Thí nghiệm 1. Điều chỉnh thay đổi dòng điện 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 : 24  Biên độ dòng qua đèn (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 từ 0 lên 200mA. Ghi nhận thời gian tín hiệu trên đèn từ quá độ tới ổn định. = 1,03 s  Thay đổi đột ngột dòng từ 200mA xuống 0mA. Ghi nhận thời gian tín hiệu trên đèn từ quá độ tới ổn định. = 1 s 3. 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. 25 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. 26