Tài liệu Thí nghiệm điện một chiều

TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Bài 3: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU MỤC LỤC A. Tổng quan bài thí nghiệm ...................................................................................... 2 I. Các nội dung của bài thí nghiệm máy điện một chiều .......................................... 2 II.Quy tắc an toàn khi sử dụng thiết bị thí nghiệm .................................................. 2 B. Nội dung chi tiết .................................................................................................... 2 I.Động cơ điện một chiều kích từ song song .............................................................. 2 1.Mạch đấu nối và khởi động .............................................................................. 2 2.Đảo chiều quay................................................................................................. 4 3.Điều chỉnh tốc độ ............................................................................................. 6 4.Đặc tính tải ....................................................................................................... 9 II.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ............................................................... 11 1.Mạch đấu nối và khởi động ................................................................................ 11 2.Đảo chiều quay .................................................................................................. 12 3.Đặc tính tải ........................................................................................................ 13 III.Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .................................................................... 15 Ghi lại đặc tính tải của động cơ 100% thành phần nối tiếp.................................... 16 Ghi lại đặc tính tải của động cơ 70% thành phần nối tiếp...................................... 17 Ghi lại đặc tính tải của động cơ 30% thành phần nối tiếp...................................... 18 IV. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập............................................................ 19 1.Điều chỉnh điện áp ............................................................................................. 19 2.Phân cực điện áp ................................................................................................ 21 V.Máy phát điện một chiều tự kích từ ...................................................................... 22 1.Hướng quay và phân cực ................................................................................... 23 2.Điều chỉnh điện áp ............................................................................................. 24 1 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử A. Tổng quan bài thí nghiệm I. Các nội dung của bài thí nghiệm máy điện một chiều  Làm rõ hoạt động máy điện một chiều ở hai chế độ động cơ và máy phát.  Mạch khởi động động cơ điện một chiều  Mạch kích từ song song,nối tiếp và hỗn hợp.  Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.  Đảo chiều quay.  Đặc tính cơ, đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều.  Máy phát điện sử dụng mạch tự kích từ và kích từ độc lập.  Thay đổi cực tính và điện áp trong chế độ máy phát. II.Quy tắc an toàn khi sử dụng thiết bị thí nghiệm  Trong các bài thí nghiệm nguồn điện sử dụng có điện áp cao. Do đó, bắt buộc sử dụng dây nối an toàn và kiểm tra chắc chắn không xảy ra hiện tượng ngắn mạch.  Toàn bộ các thiết bị yêu cầu phải được mắc tiếp địa.  Luôn thận trọng kiểm tra dây dẫn đấu nối trong các mô đun và chỉ cấp điện áp lưới sau khi hoàn tất quá trình kiểm tra.  Luôn sử dụng nắp che đầu trục và nắp che khớp nối.  Kiểm tra các vít của động cơ và các khớp nối trên trục động cơ đã được vít chặt chưa. Yêu cầu:  Nắm vững kiến thức cơ bản về máy điện, kỹ thuật điện.  Sử dụng thành thạo công cụ đo lường các đại lượng điện.  Khi tiến hành bài thí nghiệm thực hiện đúng theo quy trình. B. Nội dung chi tiết I.Động cơ điện một chiều kích từ song song     Mạch đấu nối và khởi động Đảo chiều quay Điều chỉnh tốc độ Đặc tính cơ, đặc tính cơ điện 1.Mạch đấu nối và khởi động a.Yêu cầu chung  Xác định nguyên lý mạch kích từ song song  Đọc dữ liệu danh định của động cơ ghi trên nhãn máy  Sử dụng điện trở khởi động mắc vào phần ứng của động cơ  Vận hành động cơ sử dụng bộ hãm/trợ động (bộ hãm/trợ động là động hệ truyền động servo motor và driver) 2 TN Máy Điện Một Chiều Ký hiệu các cuận dây: A1/A2 : Dây quấn phần ứng E1/E2 : Dây quấn kích từ song song D1/D2/D3 : Dây quấn kích từ nối tiếp Phòng TN Điện-Điện Tử b.Hướng dẫn lắp đặt.  Lắp đặt mạch điện theo sơ đồ mạch nguyên lý dưới đây  Trong mạch phần ứng gồm có một ampe kế và vôn kế  Khởi động bộ hãm/trợ động Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện kích từ song song c.Vận hành động cơ sử dụng mạch kích từ song song Những thiết lập cần thiết:  Điện trở khởi động: giá trị Rf = 47 Ω  Bộ cung cấp điện một chiều: 220V  Đồng hồ đo vạn năng: U, I Dữ liệu định mức ghi trên máy điện một chiều? UA = ……… (V) IA = ………. (A) UE = ………. (V) IE = ………. (A) rpm = ………. (vòng/phút) 3 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Quan sát trạng thái làm việc của động cơ và chọn đáp án đúng ?  Động cơ quay với tốc độ cao hơn tốc độ định mức.  Động cơ quay ở tốc độ định mức.  Hướng quay theo chiều kim đồng hồ.  Hướng quay ngược chiều kim đồng hồ.  Dòng điện tăng khi tốc độ tăng.  Dòng điện thực đo được cao hơn đòng điện định mức. d. Đo dòng điện phần ứng Những thiết lập cần thiết:  Bộ hãm/trợ động:Chế độ “Torque Control”  Dùng bộ hãm/trợ động giảm tốc độ động cơ xuống tốc độ định mức  Trong quá trình hãm/trợ động đo dòng điện phần ứng Tiến hành đo dòng điện phần ứng và chọn đáp án đúng ?  Dòng điện phần ứng tương đương với dòng điện định mức.  Dòng điện phần ứng đo được cao hơn dòng điện định mức.  Dòng điện phần ứng đo được nhỏ hơn dòng điện định mức. Chức năng của điện trở khởi động là?  Về cơ bản điện trở khởi động được dùng cho điều chỉnh tốc độ.  Điện trở khởi động giảm dòng điện khởi động.  Điện trở khởi động bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải trong quá trình vận hành. 2.Đảo chiều quay Hướng dẫn lắp đặt  Lắp đặt theo sơ đồ mạch nguyên lý dưới đây.  Mạch phần ứng sử dụng đồng hồ đo ampe kế và vôn kế.  Bật bộ hãm/trợ động. 4 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ song song Những thiết lập cần thiết:  Điện trở khởi động: giá trị Rf = 47 Ω  Nguồn điện một chiều: 220V Trình tự thí nghiệm: Vận hành động cơ và quan sát chiều quay.  Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ.  Động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ. Tắt nguồn cấp vào động cơ và lắp ráp theo mạch điện dưới đây. Sau đó xem kết quả phản ứng của động cơ. 5 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.3: Sơ đồ mạch điện động cơ quấn song song một chiều Hướng quay của động cơ?  Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ.  Động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ. 3.Điều chỉnh tốc độ  Sử dụng điện trở khởi động cho mạch khởi động động cơ.  Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng, điện trở mạch kích tử.  Theo dõi sự thay đổi tốc độ Hướng dẫn lắp đặt:  Lắp đặt các mạch điện theo sơ đồ mạch điện dưới đây.  Trong mạch phần ứng gồm có một ampe kế và vôn kế.  Dùng một ampe kế đo đòng điện trong mạch kích từ.  Bật bộ hãm/trợ động. 6 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Hình 1.5: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ ( kích từ song song) a.Ghi lại các giá trị ‘IA’ và ‘n’ khi thay đổi ‘UƯ’ Những thiết lập cần thiết:  Phần ứng: Cấp nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh được  Phần kích từ: Nguồn cấp 210VDC, điện trở đưa về 0Ω  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control” Trình tự thí nghiệm:  Giảm điện áp phần ứng qua 3 cấp (220/190/160 VDC)  Đồng thời đo các đại lượng IA, n và nhập vào bảng dưới đây UA (volt) 220 190 160 IA (ampe) n (rpm) Từ bảng thông số trên rút ra nhận xét gì về quan hệ giữa IA , n vào điện áp UA ? 7 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử b.Ghi lại đặc tính của tốc độ ‘n’ ứng với sự thay đổi của ‘M’ Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Giá trị điện trở đưa vào mạch kích từ: 0Ω  Điều chỉnh được điện áp phần ứng : qua 3 cấp 220/190/160V  Điện áp mạch kích từ: 210V Trình tự thí nghiệm: + Lần lượt khảo sát với 3 cấp điện áp 220/190/160 V + Mỗi cấp điện áp tiến hành tăng dần Mô men và quan sát sự thay đổi của tốc độ, đồng thời hoàn thiện bảng số liệu dưới đây: M 0.2 0.4 n (rpm) 0.6 0.8 1.0 Yêu cầu:Vẽ lại quan hệ giữa ‘M’ và ‘n’ ứng với 3 cấp điện áp 220/190/160 trên cùng một trục tọa độ. c.Ghi lại đặc tính của ‘Ikt’ và ‘n’ với tham số ‘Rf’ Những thiết lập cần thiết:  Phương thức hãm/trợ động: “Torque Control”  Mạch kích từ: Điện trở Rf =0 Ω  Điện áp một chiều đưa vào mạch phần ứng và kích từ : 220/210V Trình tự thí nghiệm:  Thay đổi giá trị Rf trên mạch kích từ qua 3 bước để đạt đến tốc độ quy định trong bảng.  Ứng với mỗi tốc độ tiến hành đo Ikt và hoàn thiện bảng dưới đây n (vòng/phút) 2000 2300 2600 Ikt (mA) d.Ghi lại đặc tính “n” ứng với tham số “M” ứng với 3 giá trị Rf ở trên Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Mạch kích từ: Điện trở 0Ω  Điện áp một chiều đưa vào mạch phần ứng và kích từ : 220/210V 8 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Trình tự thí nghiệm: + Lần lượt khảo sát với 3 giá trị Rf + Mỗi giá trị Rf tiến hành tăng dần mô men và quan sát sự thay đổi của tốc độ, đồng thời hoàn thiện bảng số liệu dưới đây: M 0.2 0.4 n (rpm) 0.6 0.8 1.0  Yêu cầu:Vẽ lại quan hệ giữa ‘M’ và ‘n’ ứng với 3 giá trị ‘Rf’ trên cùng một trục tọa độ. 4.Đặc tính tải  Ghi lại đặc tính tải của động cơ.  Tính toán mô men xoắn định mức.  Xác định hiệu suất cao nhất. Hướng dẫn lắp đặt:  Lắp đặt các mạch điện như sơ đồ dưới đây  Trong mạch phần ứng có sử dụng ampe kế và vôn kế  Khởi động bộ hãm/trợ động 9 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ mạch kích từ song song Ghi lại đặc tính tải của động cơ Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Cấp điện áp một chiều phần ứng và kích từ: 220/220 (Volt) Trình tự thí nghiệm: Tăng dần mô men và ghi lại giá trị các đại lượng ‘n’, ‘I’ và ‘U’ tương ứng. M (N/m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I (ampe) n (rpm) U (volt) Từ bảng số liệu tính hiệu suất  và xác định mức hiệu suất cao nhất có thể đạt được ? Hiệu suất tối đa “” của động cơ kích từ song song ?  = …… % 10 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử II.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp  Mạch đấu nối và khởi động  Đảo chiều quay  Đặc tính tải đối với các cấp điện áp khác nhau 1.Mạch đấu nối và khởi động  Xác định mạch kích từ nối tiếp  Vận hành động cơ sử dụng bộ hãm/trợ động  Nối điện trở khởi động vào phần ứng của động cơ.  Đo điện áp và dòng điện phần ứng Hướng dẫn:  Lắp đặt các mạch điện như sơ đồ trong hình dưới đây  Trong mạch sử dụng thiết bị đo ampe kế và vôn kế  Bật bộ hãm/trợ động Sơ đồ mạch kích từ nối tiếp 11 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Những thiết lập cần thiết:  Bộ hãm/trợ động: Chế độ “Torque Control”  Điện trở khởi động: điện trở tối thiểu 47Ω  Bộ cấp điện một chiều: 220V Trình tự thí nghiệm: Trong quá trình hãm/trợ động, tiến hành đo dòng điện phần ứng 2.Đảo chiều quay Xác định chiều quay động cơ Vận hành động cơ theo cả hai hướng. Hướng dẫn:  Lắp mạch điện như sơ đồ mạch điện dưới đây.  Thiết lập điện trở khởi động về giá trị 47 Ω  Thiết lập nguồn điện một chiều về điện áp 220V Sơ đồ mạch điện động cơ kích từ nối tiếp 12 TN Máy Điện Một Chiều Trình tự thí nghiệm: Vận hành động cơ và tiến hành quan sát Hướng quay của động cơ ?  Động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ  Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ Phòng TN Điện-Điện Tử Điều chỉnh chiều quay theo sơ đồ mạch điện dưới đây Sơ đồ mạch động cơ kích từ nối tiếp Hướng quay hiện tại của động cơ ?  Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ  Động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ 3.Đặc tính tải  Ghi lại đặc tính tải của động cơ.  Tính toán mô men xoắn định mức.  Xác định hiệu suất cao nhất. Hướng dẫn:  Lắp đặt các mạch điện như sơ đồ mạch điện dưới đây  Trong mạch có sử dụng ampe kế và vôn kế  Bật bộ hãm/trợ động 13 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ mạch động cơ kích từ nối tiếp Ghi lại đặc tính tải của động cơ Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Cấp điện áp một chiều phần ứng và kích từ: 220/220 (Volt) Trình tự thí nghiệm: Tăng dần mô men và ghi lại giá trị các đại lượng ‘n’, ‘I’ và ‘U’ tương ứng. 14 TN Máy Điện Một Chiều M (N/m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Phòng TN Điện-Điện Tử I (ampe) n (rpm) U (volt) Từ bảng số liệu tính hiệu suất  và xác định mức hiệu suất cao nhất có thể đạt được ? Hiệu suất tối đa “” của động cơ kích từ nối tiếp ?  = …… % Chọn các đáp án đúng dưới đây ?  Dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng thấp khi phụ tải thấp.  Dòng điện phần ứng tăng cùng với phụ tải.  Hiệu suất “” là không đổi.  Tốc độ tỷ lệ nghịch với mô men xoắn.  Tốc độ và dòng điện phần ứng tăng với mức phụ tải thấp.  Tốc độ quay giảm mạnh khi phụ tải tăng. Tại sao động cơ kích từ nối tiếp không bao giờ vận hành mà không có phụ tải?  Tốc độ giảm nhanh nếu không có phụ tải.  Động cơ chạy rất nhanh nếu không có phụ tải. III.Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp  Ghi lại đặc tính tải.  Xác định mạch đấu nối động cơ và vận hành. Hướng dẫn:  Lắp đặt các mạch điện như sơ đồ mạch điện dưới đây.  Trong mạch kích từ có sử dụng ampe kế và vôn kế.  Bật bộ hãm/trợ động.  Tiến hành đo ở 100%, 70%, 30% thành phần kích từ nối tiếp.  Xác định mức hiệu suất cao nhất. 15 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ hỗn hợp 100% thành phần nối tiếp Ghi lại đặc tính tải của động cơ 100% thành phần nối tiếp Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Cấp điện áp một chiều phần ứng và kích từ: 220/220 (Volt) Trình tự thí nghiệm: Tăng dần mô men và ghi lại giá trị các đại lượng ‘n’, ‘I’ và ‘U’ tương ứng. M (N/m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I (ampe) n (rpm) 16 U (volt) TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ hỗn hợp (Thành phần nối tiếp 70% ) Ghi lại đặc tính tải của động cơ 70% thành phần nối tiếp Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Cấp điện áp một chiều phần ứng và kích từ: 220/220 (Volt) Trình tự thí nghiệm: Tăng dần mô men và ghi lại giá trị các đại lượng ‘n’, ‘I’ và ‘U’ tương ứng. M (N/m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I (ampe) n (rpm) 17 U (volt) TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ hỗn hợp (Phần từ mạch nối tiếp 30% ) Ghi lại đặc tính tải của động cơ 30% thành phần nối tiếp Những thiết lập cần thiết:  Chế độ hãm/trợ động: “Torque Control”  Cấp điện áp một chiều phần ứng và kích từ: 220/220 (Volt) Trình tự thí nghiệm: Tăng dần mô men và ghi lại giá trị các đại lượng ‘n’, ‘I’ và ‘U’ tương ứng. M (N/m) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 I (ampe) n (rpm) 18 U (volt) TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Tỷ lệ nào có hiệu suất “” cao nhất?  song song 100%, nối tiếp 100%  song song 100%, nối tiếp 70%  song song 100%, nối tiếp 30% Hiệu suất “” của động cơ kích từ hỗn hợp là?  = ……… % Căn cứ vào đồ thị hãy chọn đáp án đúng?  Tốc độ của động cơ kích từ hỗn hợp giảm nhanh hơn so với động cơ kích từ song song khi giảm phụ tải.  Động cơ kích từ hỗn hợp quay rất nhanh khi không có phụ tải, giống như động cơ kích từ nối tiếp.  Thành phần kích từ nối tiếp càng cao, tốc độ giảm theo phụ tải.  Thành phần kích từ nối tiếp càng nhỏ, tốc độ giảm theo phụ tải. IV. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập  Điều chỉnh điện áp  Phân cực điện áp  Đặc tính tải 1.Điều chỉnh điện áp Những tham số ảnh hướng đến điện áp đầu ra của máy phát. Nắm được phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi từ thông kích từ. Đo điện áp đầu ra trên Startor khi thay đổi tốc độ quay Rotor Hướng dẫn cài đặt:  Lắp đặt các mạch điện như sơ đồ mạch điện dưới đây  Trong mạch kích từ có sử dụng ampe kế và vôn kế  Nguồn điện một chiều: 220V  Bộ hãm/trợ động được sử dụng như một động cơ truyền động 19 TN Máy Điện Một Chiều Phòng TN Điện-Điện Tử Sơ đồ mạch máy phát kích từ độc lập Ghi lại ‘UG’ theo tốc độ ‘n’ với sự thay đổi của dòng kích từ Những thiết lập cần thiết:  Phương thức hãm/trợ động: “Speed Control”  Cấp nguồn một chiều vào mạch kích từ: 220V Trình tự thí nghiệm:  Trước hết vận hành động cơ truyền động đạt đến tốc độ 2000rpm  Thay đổi dòng điện kích từ như trong bảng, bắt đầu với Ierr. = 0 mA  Đo điện áp máy phát UG thu được khi hạ thấp dần tốc độ (như trong bảng dưới đây) Ierr = 0 mA Ierr = 50 mA Ierr = 70 mA Ierr = 90 mA n(rpm) UG (Volt) UG (Volt) UG (Volt) UG (Volt) 2000 1800 1600 1400 1200 20