Báo cáo Thí nghiệm Hệ Thống Điện

GIỚI THIỆU CHUNG: Trong sơ đồ của hệ thống điện gồm có: Hệ thống động cơ gồm: + Động cơ xoay chiều 3 pha (M3~) + Động cơ DC (M) Hệ thống máy phát gồm: + Máy phát xoay chiều 3 pha (G3~) + Máy phát DC (G) Lưới điện. Các thiết bị dụng cụGIỚI THIỆU CHUNG: Trong sơ đồ của hệ thống điện gồm có: Hệ thống động cơ gồm: + Động cơ xoay chiều 3 pha (M3~) + Động cơ DC (M) Hệ thống máy phát gồm: + Máy phát xoay chiều 3 pha (G3~) + Máy phát DC (G) Lưới điện. Các thiết bị dụng cụ

BÀI 1: TÌM HIỂU TỔNG QUÁT VỀ MÔ HÌNH

NHÀ MÁY ĐIỆN

I GIỚI THIỆU CHUNG:

Trong sơ đồ của hệ thống điện gồm có:

- Hệ thống động cơ gồm:

+ Động cơ xoay chiều 3 pha (M3~)

+ Động cơ DC (M)

- Hệ thống máy phát gồm:

+ Máy phát xoay chiều 3 pha (G3~)

+ Máy phát DC (G)

- Lưới điện

- Các thiết bị dụng cụ đo tương ứng với hệ thống động cơ, máy phát và lưới điện

- Hệ thống đèn báo và các nút điều chỉnh

II NỘI DUNG BÁO CÁO:

Câu 2: Cách vận hành mô hình nhà máy điện:

- Cấp điện cho động cơ xoay chiều 3 pha (M3~) Động cơ hoạt động

sẽ làm quay trục của máy phát DC (G)

- Máy phát DC hoạt động sinh ra dòng điện DC cấp cho động cơ DC (M)

- Lúc này, động cơ DC hoạt động sẽ kéo theo máy phát 3 pha (G3~) hoạt động

- Sử dụng các nút nhấn để điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều, và dòng kích từ của động cơ để thay đổi điện áp và tần số hòa lưới

Câu 3: Lý do sử dụng động cơ DC để quay máy phát 3 pha:

Động cơ DC có thể thay đổi tốc độ dễ dàng trong dải điều chỉnh rộng thông qua điều khiển kích từ của nó, do đó có thể làm thay đổi tốc độ của máy phát, thay đổi được tần số khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống điện (máy phát và động cơ DC đồng trục) Còn động cơ không đồng bộ xoay chiều AC tuy đơn giản và rẻ tiền hơn nhưng khó điều chỉnh tốc độ và có tốc độ luôn bé hơn tốc độ đồng bộ nên không được sử dụng để quay máy phát 3 pha

Ưu - khuyết điểm của động cơ DC:

 Ưu điểm:

 Đơn giản, rẻ tiền

 Có thể thay đổi tốc độ dễ dàng

 Dễ dàng điều chỉnh công suất phát P,Q

 Điều chỉnh từ thông, momen độc lập

 Khuyết điểm:

Phải dùng thêm động cơ 3 pha AC để kéo máy phát DC cung cấp cho động cơ DC

 Chính vì lý do đó người ta sử dụng động cơ DC chứ không sử dụng động cơ 3 pha

Câu 4: Có cần thay thế phương pháp dùng động cơ DC hay không?

Không cần thay thế mô hình này vì nếu dùng động cơ sơ cấp thì không thể điều chỉnh được tốc độ của máy phát và không thực hiện hòa đồng bộ máy phát AC vào lưới được Còn nếu dùng chỉnh lưu thì muốn điều chỉnh tốc độ phải dùng các thiết bị điều khiển công suất phức tạp, khó thực hiện với mô hình nhỏ như phòng thí nghiệm Động cơ DC sẽ sử dụng dễ dàng hơn cho việc thí nghiệm

Câu 5: Trình tự thao tác điều khiển tổ hợp máy cắt và dao cách ly:

Q1, Q2: Dao cách ly Q3, Q4: Dao nối đất Q0: Máy cắt

 Thứ tự thao tác khi đóng đường dây:

- Đóng dao cách ly Q1, Q2

- Đóng máy cắt Q0

 Thứ tự thao tác khi ngắt đường dây:

- Cắt máy cắt Q0

- Cắt dao cách ly Q1, Q2

 Thứ tự thao tác khi sửa chữa máy cắt:

- Cắt máy cắt Q0

- Cắt dao cách ly Q1, Q2

- Đóng dao nối đất Q3, Q4

- Lấy máy cắt ra khỏi mạch để sửa chữa

Câu 1: Vẽ sơ đồ bảng điều khiển đứng và bàn điều khiển

a) Sơ đồ bàn điều khiển:

b) Sơ đồ bảng điều khiển đứng:

BÀI 3: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA

ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA

I Nội dung thực tập:

-Tìm hiểu bộ : động cơ AC 3 pha , máy phát DC

-Tìm hiểu mạch khởi động động cơ AC 3 pha

II Nội dung báo cáo:

Câu 1: Thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ 3 pha:

U = 220/380 V

Iđm = 76/44 A

P = 18,92 KW

Nđm = 1450 v/ph

cos = 0,86

f = 50 Hz

Câu 2: Thông số cơ bản của máy phát DC:

Uđđmđ = 220 V

Iđm = 86,5 A

P = 19 KW

nđmđ = 1445 vòng/phút

Ikt = 1,86 A

Ukt = 167 V

Câu 3:

Giải thích: Khi ấn nút start để khởi động động cơ:

 Cuộn dây (M) có điện sẽ đóng tiếp điểm contactor (M) cung cấp điện cho động cơ khởi động với dòng điện khởi động ban đầu nhỏ nhờ các điện trở

Rmml, Rmm2 mắc nối tiếp với cuộn dây quấn rotor

 Cuộn dây M có điện kích hoạt relay thời gian (RT1) làm việc, sau một khoảng thời gian t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm (RT1) và cuộn dây M2

có điện đóng tiếp điểm của contactor M2 lọai điện trở phụ Rmm2 ra khỏi mạch khởi động

 Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian (RT2) làm việc, sau một khoảng thời gian t2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm (RT2) và cuộn dây M1

có điện đóng tiếp điểm contactor M1 loại điện trở phụ Rmm1 ra khỏi mạch khởi động

 Động cơ họat động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là dùng để kéo máy phát điện một chiều

Câu 5: Vẽ đặc tuyến moment – tốc độ của động cơ AC rotor dây quấn:

Bài 4: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA

ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC

I) Mục đích:

- Tìm hiểu bộ động cơ DC, máy phát AC 3 pha

- Tìm hiểu mạch khởi động động cơ DC

II Nội dung báo cáo

Câu 1: Thông số cơ bản của động cơ một chiều DC:

Uđm = 220 V

Iđm = 78 A

P = 17,16 kW

nđm = 1500 v/p

Ikt = 1,85 A

Ukt = 220 V

Câu 2: Thông số cơ bản của máy phát AC

Uđm = 220/380 V

Iđm = 23Y A

S = 15 KVA

nđm = 1500 v/p cos  = 0,8

f = 50 Hz

Câu 3:

Giải thích mạch:

Khi tốc độ n = 0, U = Uđm muốn n tăng lên thì phải thỏa mãn 2 điều kiện:

- Mmm > Mcản của tải

- Imở máy < Icp Khi đóng điện trực tiếp cho động cơ DC tương tương ngắn mạch do điện trở phần ứng Rư nhỏ do đó dòng khởi động rất lớn có thể gây phát nhiệt lớn làm hư hỏng máy, nên để hạn chế dòng khởi động người ta dùng 2 điện trở R1 và R2

Khi ấn nút START để khởi động động cơ:

 Cuộn dây M có điện sẽ đóng tiếp điểm Contactor M, cung cấp điện cho động cơ khởi động với dòng điện ban đầu nhỏ nhờ các điện trở khởi động

 Cuộn dây M có điện kích hoạt relay thời gian RT1 làm việc, sau một khoảng thời gian t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm RT1 và cuộn dây M2 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M2 loại bỏ điện trở phụ R2 ra khỏi mạch khởi động

 Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian RT2 làm việc, sau một khoản thời gian t2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm RT2 và cuộn dây M1 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M1 loại bỏ điện trở phụ R1 ra khỏi mạch khởi động

 Động cơ hoạt động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là dùng để kéo máy phát điện đồng bộ 3 pha xoay chiều

Câu 4: Vẽ đặc tuyến moment- tốc độ khi khởi động của động cơ

t

n

M

C

M

0

Bài 5: RELAY DÒNG ĐIỆN KỸ THUẬT SỐ

I Mục đích:

- Nhằm giúp cho sinh viên có khái niệm về rơle quá dòng điện và biết được cách đấu dây của một rơ le dòng điện vào một sơ đồ hệ thống điện

- Biết cách chỉnh định các thông số cơ bản một loại rơ le dòng điện kỹ thuật số

- Làm quen và biết cách sử dụng thiết bị kiểm tra rơle PTE – 100 – C

II Thiết bị thí nghiệm:

- Relay MK2000 của hãng Mikro trong modul TN.BVRL-01

- Thiết bị kiểm tra rơ le PTE – 100 – C

Giới thiệu về MK2000:

Relay MK 2000 là lọai relay kỹ thuật số có chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch nhiều pha và bảo vệ chống chạm đất MK 2000 có các phần tử chống quá dòng độc lập (cho 3 pha) và phần tử chống chạm đất

vô hướng; có 5 tiếp điểm output để có thể link với các tín hiệu (signal) phát hiện, tín hiệu cắt của các phần tử quá dòng và chạm đất cấp II, III Các phần tử chống quá dòng và chống chạm đất của MK 2000 đều có thể được chon lựa đặc tuyến bảo vệ phụ thuộc thời gian – dòng điện một cách độc lập Trong Mk 2000, nhà sản xuất đã thiết lập các dạng đặc tuyến IDMT với phương trình như sau :

1 ) /



I I k

Trong đó : t : thời gian tác động

k : hệ số nhân

I : dòng điện mà relay đo được

I> : dòng khởi động cấp III

Dạng đặc tuyến Anpha Beta Normal Inverse 0.02 0.14 Very Inverse 1.0 13.5 Extremely Inverse 2.0 80.0 Long – time Inverse 1.0 120.0

Thứ tự của thông

số hay chế độ Thông số hay chế độ tương ứng

1 Kích họat (on) 1 ngõ ra trong 5 ngõ ra Relay

2 Chọn lựa cho phép (ennable) hay không cho phép chức năng

khóa các phần tử bảo vệ; Chọn lựa khả năng vô hiệu hóa phần tử bảo vệ cấp II

3 Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra

TS1 (chân 19-20) TS1 đ ược mặc định là ngõ ra Start

4 Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra

TS2 (chân 16-17-18) TS2 được mặc định là ngõ ra Trip

5 Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra

SS1 (chân 30-31) SS1 được mặc định là ngõ ra Start

6 Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra

SS2 (chân 32-33) và SS3 (chân 28-29)

7 Chọn lựa độ dốc của đường cong IDMT cho các phần tử bảo

vệ cấp III (chọn , )

III Nội dung báo cáo:

Sơ đồ mạch:

Nguyên lý hoạt động của mạch Relay:

 Khi đóng điện ở CB 3 pha sẽ có điện qua terminal 2 và đến CB 2 cực

 Khi đóng điện CB 2 cực thì sẽ có điện đến chân ST1 và 1 dây pha sẽ qua

bộ Current Adjust bộ này không có nhiệm vụ gì chỉ hoạt động như sợi dây dẫn

 Dòng điện qua bộ Current Adjust đến biến dòng để lấy tín hiệu dòng điện thấp và đưa xuống bộ Current Selector

 Tại bộ Current Selector sẽ tạo tín hiệu ngắn mạch pha A với đất và ngắn mạch 2 pha B và C

 Khi có tín hiệu ngắn mạch tùy thuộc vào dòng ngắn mạch đo được Relay

sẽ so sánh với tín hiệu dòng chỉnh định và thời gian ngắt để đưa ra tín hiệu ngắt ở chân ST2 đến CB 3 pha tổng

 CB 3 pha ở bên phải hình vẽ có nhiệm vụ đưa tín hiệu dòng điện 3 pha và điện áp 3 pha đến 2 đồng hồ đo ở phía trên cùng là đồng hồ đo điện áp và đồng hồ đo dòng điện

 Điện áp 3 pha được nối đến CB đó qua terminal 3 cực

 Dây L là dây nối với pha A của nguồn

 Dây N là dây nối với dây trung tính N của nguồn

BÀI 6: VẬN HÀNH VÀ KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT 3

PHA

I NỘI DUNG THỰC TẬP:

Trong bài này ta thực tập vận hành và khảo sát các chế độ họat động của máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha, gồm các bước như sau:

 Thao tác các thiết bị để đưa hệ thống vào vận hành độc lập, sau đó hòa đồng bộ hệ thống vào lưới điện

 Điều chỉnh các nút điều khiển để khảo sát các chế độ:

+ Chế độ làm việc bình thường

+ Chế độ làm việc khi mất kích từ

+ Chế độ làm việc khi không có kéo động cơ DC (UMU)

+ Chế độ làm việc khi mất kích từ và mất lực kéo động cơ DC (UMU)

 Dừng hệ thống

II NỘI DUNG BÁO CÁO:

Câu 1 : Bảng số liệu :

(kW)

Q (Kvar)

U (V)

I (A)

U kt (V)

I kt (A)

Tăng kích từ động cơ đến khi P=4

(KW)

4 2.75 358 6 18 1.8

Thay đổi kích từ MP đến khi

Q = 0 ; Q = -2, Q= 2 KVAr

4 0 360 6 22 2.6

4 -2 358 6 18 2

4 2 363 7.5 27 3

Giảm Q về 0, sau đó ngắt kích từ MP 4 -10 356 18.5 41 0

Giảm P về 0, sau đó ngắt động cơ kéo < 0 0.5 369 1.8 23 2.4

Trong chế độ ngắt động cơ kéo, thay

đổi kích từ MP để Q lần lượt bằng

-2;0;2 KVAr

< 0 -2 368 < 0 16 1.7

< 0 0 368 0.5 22 2.3

< 0 2 368 4.5 26 2.9

Câu 2:

Khi chưa hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ một chiều sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ DC, máy phát AC ; điều chỉnh kích từ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực máy phát:

 Ta có:

60

a a

n

pN a





f kt

K I

 

Tốc độ của động cơ DC luôn tỉ lệ nghịch với từ thông  , mà từ thông thì

tỉ lệ thuận với Ikt Vậy khi tăng dòng kích từ sẽ làm tăng từ thông và từ đó làm tốc độ động cơ DC giảm, kéo theo tốc độ máy phát giảm (do gắn đồng trục)

 Phương trình điện áp đầu cực máy phát :

U = E0 – I.Rư + j(Xư +X) I

E0 = 4,44.f W Kdq 0

Vì Ikt tỷ lệ với 0 nên khi thay đổi dòng kích từ Ikt thì 0 sẽ thay đổi, E0

và U của máy phát sẽ thay đổi theo

Khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động

cơ một chiều sẽ làm thay đổi công suất thực của máy phát, điều chỉnh kích từ của máy phát xoay chiều sẽ làm thay đổi công suất phản kháng của hệ thống:

Khi đã hòa đồng bộ máy phát vào lưới điện , hệ thống có công suất vô cùng lớn Lúc đó:

fL = const (hằng số) ; UL = const (hằng số)

 Khi thay đổi kích từ của động cơ DC tức là thay đổi momen điện từ Mđt , làm thay đổi khả năng kéo tải của máy phát, thay đổi công suất P

 Điều chỉnh dòng kích từ Ikt làm công suất phản kháng Q thay đổi theo vì:

db

Q

X

 



Từ công thức trên, ta thấy khi tăng Ea thì công suất phản kháng Q sẽ tăng theo (Ea và Q tỉ lệ thuận), đồng thời khi tăng dòng kích từ Ikt thì Ea tăng (Ikt và Ea

tỉ lệ thuận), từ đó suy ra khi tăng dòng kích từ Ikt sẽ làm tăng công suất phản kháng Q và ngược lại (Ikt và Q tỉ lệ thuận)

Câu 3: Các phương pháp kích từ máy phát điện:

- Dùng máy phát điện một chiều độc lập để kích từ cho máy phát

- Dùng hệ thống chỉnh lưu: dùng hệ thống chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ nguồn khác Khi dùng hệ thống chỉnh lưu kích từ cho máy phát, nếu dùng hệ thống chổi than thanh góp rất dễ hư hỏng các thiết bị chỉnh lưu Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng một loại thiết bị đặc biệt - hệ thống kích

từ quay Hệ thống kích từ này nằm cùng trục với máy phát và quay cùng tốc

độ với máy phát

Câu 4: Máy phát có được làm việc lâu dài ở chế độ mất kích từ không:

Máy phát đang làm việc với chế độ hòa đồng bộ không được phép làm việc ở chế độ mất kích từ Nếu tại thời điểm mất kích từ, tải ngoài lớn thì sẽ mất đồng bộ, máy phát sẽ nhận công suất phản kháng của hệ thống về, dòng công suất phản kháng này sẽ làm từ hóa rotor gây phát nóng trong máy phát

và có thể dẫn đến mất ổn định của hệ thống

Khi máy phát mất đồng bộ thì tốc độ có thể thay đổi do đó người ta gắn thêm bộ điều chỉnh tốc độ

Câu 5: Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống

Có 4 điều kiện để hòa đồng bộ vào hệ thống:

- Biên độ của điện áp máy phát và điện áp lưới điện phải bằng nhau

- Tần số máy phát phải bằng tần số của lưới điện

- Máy phát và lưới điện có cùng thứ tự pha

- Pha của máy phát và pha của lưới điện phải trùng pha nhau

Điều kiện quan trọng nhất là pha của điện áp máy phát phải trùng pha với điện áp hệ thóng, vì nếu góc lệch pha là 180o

thì sẽ nối tương đương với mạch máy phát với điện áp UF - U = 2UF; dòng điện xung khi đóng cầu dao

có thể lớn gấp 2 lần dòng điện ngắn mạch thông thường, lực và moment điện

từ lớn gấp 4 lần làm phá hỏng dây quấn, kết cấu thép, lõi thép, trục… của máy phát điện