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 cụ đo tương ứng với hệ thống động cơ, máy phát và lưới điện. Hệ thống đèn báo và

UBÀI 1U: 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 U :

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

U1/ Sơ đồ bàn điều khiển (hình vẽ )

U2/ Sơ đồ bảng điều khiển đứng (hình vẽ )

Câu 2 :

U a/ 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 dãi điều chỉnh rộng thông quađiều khiển kích từ của nó, do đó có thể làm thay đổi tốc độ của máy phát, thayđổi 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 tiềnhơn nhưng khó điều chỉnh tốc độ và có tốc độ luôn bé hơn tốc độ đồng bộ nênkhông được sử dụng để quay máy phát 3 Pha

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

U b/ Ưu khuyết điểm của việc sử dụng động cơ DC:

UƯu điểmU:

 Đơn giản, rẻ tiền

 Có thể thay đổi tốc độ dễ dàng

 Dễ dàng điều chỉnh công suất phát P,Q theo ý muốn

 Điều chỉnh từ thông, momen độc lập

UKhuyết điểmU: phải dùng thêm động cơ 3 pha AC để kéo máy phát điện DCcung cấp điện cho động cơ DC

Không phải thay thế mô hình này vì nếu dùng động cơ sơ cấp thì không thểđiều 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 phảidùng các thiết bị điều khiển công suất phức tạp, khó thực hiện với mô hình nhỏnhư phòng thí nghiệm

Câu 3: U Sử dụng khóa xoay nhận thay cho nút nhấn điều khiển ON, OFF thông thường.

Nút xoay nhận là loại nút nhấn khi muốn thực hiện một động tác là đónghay cắt một thiết bị nào đó người thực hiện phải thực hiện 2 tác động :

 Xoay nút nhấn : để kiểm tra trạng thái thiết bị cần thaotác đang ở vị trí có phù hợp với sơ đồ vận hành hay không , lúc nàythiết bị chưa tác động

 Nhấn nút : sau khi kiểm tra trạng thái là phù hợp , ngườithực hiện nhấn nút để thực hiện việc đóng hay cắt thiết bị, lúc này thiết

bị sẽ bị tác động đóng hay cắt

Việc đóng mở khóa là hết sức quan trọng vì trong nhà máy hay một trạmbiến áp có công suất lớn một thao tác sai sẽ gây hậu quả nghiêm trọng: daođộng toàn bộ hệ thống, mất điện một khu vực rộng lớn, có thể gây ra tai nạn laođộng

Tương tự nút xoay nhận cũng có thể đãm bảo ngăn ngừa việc tác động bừabãi của người trực hay người không phận sự vô tình chạm phải các nút trong quátrình vận hành

Nút xoay nhận được chế tạo với theo kiểu tượng hình , nhìn vào nút nhấn kếthợp với đèn báo lắp trong nút nhấn người điều khiển có thể biết được trạng tháithực tế của hệ thống

Câu 4: U Trình tự thao tác điều khiển tổ hợp máy cắt và dao cách ly :

 Đóng dao cách ly Q1,Q2

 Đóng máy cắt Q0

 Cắt máy cắt Q0

 Cắt dao cách ly Q1,Q2

 Cắt máy cắt Q0

 Cắt dao cách ly Q1,Q2

 Lấy máy cắt ra khỏi mạch để sửa chữa.

UBÀI 2U: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA

UI.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

UII Nội dung báo cáo:

1 Động cơ AC 3 pha:

Câu 1: U Các thông số cơ bản của động cơ AC 3 pha:

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

 Cuộn dây (M) có điện sẽ đóng tiếp điểm contactor (M) cung cấp điện chođộng 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 mộtkhỏang thời gian t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm (RT1) & cuộn dây M2 có điệnđóng tiếp điểm của contactor M2 lọai điện trở phụ Rmm2 ra khỏi mạch khỏi động

 Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian (RT2) làm việc, sau mộtkhỏang thời gian t2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm (RT2) & cụôn dây M1 có điệnđóng tiếp điểm contactor M1 lọai điện trở phụ Rmm1 ra khỏi mạch khởi động

 Động cơ họat động ở chế độ bình thường & nhiệm vụ của nó là dùng đểkéo máy phát điện một chiều

Câu 4: U Lý do sử dụng mạch khởi động U :

Ởû những động cơ có công suất trung bình và lớn, Rư thường có giá trị khá nhỏnên dòng khởi động khá lớn từ 20 đến 25 lần Iđm với dòng khởi động lớn không chophép vì gây sụt áp trên lưới điện Để hạn chế dòng khởi động ta cần phải mắcthêm điện trở phụ nối tiếp vào mạch rotor của động cơ, nhằm giảm dòng điện trongquá trình khởi động, sau đó mạch điều khiển sẽ loại dần các điện trở phụ mắc nốitiếp với rotor khi động cơ họat động bình thường

MẠCH ĐIỀU KHIỂNMẠCH ĐỘNG

LỰC

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

Câu 6: Ngoài phương pháp khởi động động cơ AC bằng cách nối tiếp điện trở vào rotor dây quấn người ta còn sử dụng phương pháp:

 Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator :

Khi khởi động, CD2 cắt, đóng CD1 để nối stator vào lưới điện thông qua CK,động cơ quay ổn định, đóng CD2 để ngắn mạch cuộn kháng, nối trực tiếp dâyquấn stator vào lưới

 Khởi động dùng MBA tự ngẫu:

Trước khi khởi động cắt CD2, đóng CD3, chỉnh MBA tự ngẫu sao cho điện ápđặt vào động cơ khoảng 0,6 – 0,8 điện áp định mức, đóng CD1 để nối dây quấn

stator vào lưới điện thông qua MBA tự ngẫu, động cơ quay ổn định cắt CD3,đóng CD2 để ngắn mạch MBA tự ngẫu, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới.

 Khởi động bằng cách đổi nối Y-

Khi máy làm việc bình thường nối  , khi khởi động nối Y sẽ giảm dòng mởmáy 3 lần, và moment mở máy cũng giảm 3 lần

Bài 3: 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 Báo cáo

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

 Mmm > Mcản của tải

 Imở < Icp

Khi đóng điện trực tiếp cho động cơ DC tương tương ngắn mạch do điện trởphần ứng Rư nhỏ do đó dòng khởi động rất lớn có thể gây phát nhiệt lớn làm hưhỏng 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 điệncho 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 mộtkhoảng thời gian t1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm RT1 và cuộn dây M2 có điện đóngtiếp điểm của Contactor M2 loại tách điện trở phụ R2 ra khỏi mạch khởi động

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

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

Câu 4: ULý do sử dụng mạch khởi độngU:

Ở đây trong hệ thống này để việc điều chỉnh máy phát điện đồng bộ xoaychiều 3 pha được linh hoạt, người ta chọn động cơ kéo phía sơ cấp là một động cơ

DC có kích từ song song Loại động cơ này có đặc tuyến điều chỉnh tốc độ khá đơngiản và dễ dàng Do đó để có nguồn DC cung cấp cho động cơ người ta dùng môhình như sơ đồ

- Động cơ DC có kích từ song song, được khởi động với hai cấp điện trở phụ đểtạo Moment mỡ máy lớn

- Động cơ DC có thể thay đổi vận tốc một cách dễ dàng

- Dễ dàng điều chỉnh công suất phát P, Q tùy theo ý muốn

Câu 5: U Vẽ đặc tuyến moment- tốc độ khi khởi động của động cơ

Câu 6 : U Ngoài phương pháp mô tả như trên, còn có 2 phương pháp mở máy khác :

 Mở máy động cơ DC dùng biến trở mở máy

 Mở máy bằng phương pháp điện áp thấp

Ua)Phương pháp dùng điện trở mở máy:

t

n

MCM

O

E

RƯ

Rk t

RmKích từ nối

tiếp

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC

Mắc biến trở như hình vẽ vào mạch phần ứng Dòng điện mởõ máy phần ứng lúccó biến trở mở máy: Imm=U/(Rư+Rmm)

Ban đầu để biến trở mở máy lớn nhất, trong quá trình mở máy tốc độ của động

cơ sẽ dần dần tăng lên , lúc này sẽ giảm dần điện trở mở máy Rmm làm cho Iư tăngdần lên và Moment Mmm tăng lên theo, động cơ sẽ quay

U

b) Mở máy bằng điện áp thấp:

Phương pháp này đòi hỏi phải dùng nguồn điện độc lập để có thể đều chỉnhđiện áp cung cấp cho phần ứng của động cơ được dẽ dàng đây là phương phápthường dùng nhất trong việc mở máy các động cơ có công suất lớn, ngoài raphương pháp này còn cho phép kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằngcách thay đổi điện áp

E

URm

Rđ cKích từ song

song

Bài 4: RELAY DÒNG ĐIỆN KỸ THUẬT SỐ

I UMục đíchU:

- Nhằm giúp cho sinh viên có khái niệm về rơle quá dòng điện và biết đượccách 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 UThiết bị thí nghiệmU:

- 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 vệngắn mạch nhiều pha và bảo vệ chống chạm đất MK 2000 có các phần tử chốngquá dòng độc lập(cho 3 pha) và phần tử chống chạm đất vô hướng; có 5 tiếp điểmoutput để có thể link với các tín hiệu(signal) phát hiện, tín hiệu cắt của các phần tửquá dòng và chạm đất cấp II, III

Các phần tử chống quá dòng và chống chạm đất của MK 2000 đều có thể đượcchon 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 phươngtrình như sau :



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

Thứ tự của thông số

hay chế độ (ø Mode)

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 vôhiệu 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 raTrip

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

1

0.4763 0.407 0.37

10.35

61.3179 1.213 1.11 1.04

2 3.13 2.808 2.575 2.37

2 Đặc tuyến IDMT 01

Dòng pha A quan sát trên

1.3 k=0.7

Dòng pha A quan sát trên relay(A) 2.77 3.31 3.74 4.46 5.16

Thời gian tác động (s) 29.378 23.228 19.646 15.954 13.495

Nhận xét kết quả thí nghiệm:

Hệ số k càng lớn thì thời gian tác động của Rơle càng lâu

Đồ thị đặc tuyến không như trong lý thuyết do sai số thiết bị và các thông sốđặt không phù hợp với đặc tuyến của Relay

Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn có thời gian tac động nhỏ hơn so với đặc tuyếnIDMT rất dốc

BÀI 5:U THỰC TẬP VẬN HÀNH

U I NỘI DUNG THỰC TẬP:

Trong bài này ta thực tập vận hành & 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

* UChi tiết quá trình vận hành, hoà đồng bộ máy phát 3 pha vào lưới:

Trong qui trình vận hành, điều trước tiên cần lưu ý là những nguyên tắc cơ bản trong thao tác về điện như sau:

 Khi đóng điện: đóng dao dách ly trước, đóng máy cắt sau & đóng điệntừ nguồn về đến phụ tải

 Khi ngắt điện: ngắt máy cắt trước, mở dao cách ly sau & ngắt điện từdưới phụ tải ngược về nguồn

 Ở đây trong hệ thống này để việc điều chỉnh máy phát điện đồng bộxoay chiều 3 pha được linh hoạt, người ta chọn động cơ kéo phía sơ cấp là một

khá đơn giản và dễ dàng Do đó dể có nguồn DC cung cấp cho động cơ người tadùng mô hình như sơ đồ.

UTrình tự thao tác & vận hành cho hệ thống điện như sau:

 Đầu tiên đóng điện lưới về đến thanh cái bằng dao cách ly & máy cắt (L).giả sử ta chọn thanh cái A: đóng dao cách ly dàn A, đóng máy cắt (L)

 Để khởi động động cơ xoay chiều, ta lần lược đóng các dao cách ly và máycắt liên hệ theo chiều mũi tên như trên hình vẽ, khi động cơ khởi động nó kéo theomáy phát điện DC bằng bộ khớp nối ở đầu trục giữa 2 máy Sau đó đóng kích từ vàđiều chỉnh điện thế của máy phát DC

 Để khởi động động cơ DC ta đóng dao cách ly & máy cắt tuần tự từ phíamáy phát về đến động cơ Tương tự khi động cơ DC khởi động nó kéo theo máyphát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha, sau đó đóng kích từ và điều chỉnh điện thếcùng tần số của máy để chuẩn bị cho việc hòa điện tiếp theo

 Để tiến hành hòa điện lên lưới, dao cách ly phía thanh cái A và dao cách lyphía biến thế cùng với máy cắt về phía thanh cái phải được đóng trước và khi đóngmáy cắt phải mở công tắc khóa của mạch hòa điện ( vị trí tại máy cắt ) Như vậymáy cắt tại đầu máy phát được dùng dể hòa điện giữa 2 nguồn: máy phát & lưới

 Mở công tắc hòa điện tại máy cắt của máy phát, qua bộ kiểm soát hoàđiện ta điều chỉnh điện thế và tần số cuả máy phát sao cho bằng với lưới Kiểm tragóc lệch pha qua đồng bộ kế

 Để điều chỉnh điện: tăng hoặc giảm dòng kích từ cuả máy phát

 Để điều chỉnh tần số: tăng hoặc giảm vận tốc động cơ DC

 Kiểm tra gốc lệnh pha qua đồng hồ đồng bộ và phải nằm trong giới hạncho phép ( tốc độ quay của kim đồng hồ vào khoảng 0,2 v/s)

 Chọn thời điểm đồng bộ là lúc kim chỉ vào vạch đen của đồng hồ Ta đóngmáy cắt hòa điện Lúc này máy phát hoạt động song song với lưới Tiếp tục nângvận tốc cuả động cơ DC máy phát sẽ phát P lên lưới và điều chỉnh nâng kích từmáy phát sẽ phát Q lên lưới

U II NỘI DUNG BÁO CÁO U :

Câu 1 : Bảng số liệu :

7 Trong chế độ ngắt động cơ kéo,

thay đổi kích từ MP để Q lần lượt

 Từ chế độ 0 chuyển sang chế 1 thì biên độ không thay đổiEphát

= Uht , chỉ làm thay đổi góc lệch δ

 Giá trị dòng điện IktMF tăng <-> QphátMF tăng, thì giá trị điện áp

VktMF cũng tăng theo

 Với các giá trị đọc được trên các đồng đo, ta chấp nhận sự saisố do đồng hồ và do cách đọc, thì mới có thể kiểm nghiệm giữa thực tế và lýthuyết

Câu 2 UKhi chưa hòa đồng bộ náy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơmột chiều sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ DC, máy phát AC ; điều chỉnh kíchtừ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực máy phát:

* Khi máy phát làm việc ở chế độ độc lập thì phương trình của tốc độ và củadòng kích từ được biểu diễn:

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

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

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

Khi thay đổi kích từ máy phát – Ikt thay đổi làm cho đường họach định trước cốđịnh của máy phát thay đổi

2 0

U.E cos L

d d

U Q



Nên Q của máy phát sẽ thay đổi theo

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

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

b/- Dùng hệ thống chỉnh lưu: dùng hệ thống chỉnh lưu điện áp xoay chiều từnguồn khác Khi dùng hệ thống chỉnh lưu kích từ cho máy phát, nếu dùng hệ thốngchổi than thanh góp rất dễ hư hỏng các thiết bị chỉnh lưu Để khắc phục nhượcđiểm này, người ta dùng một lọai thiết bị đặc biệt- hệ thống kích từ quay Hệ thốngkích từ này nằm cùng trục với máy phát và quay cùng tốc độ với máy phát

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

Máy phát đang làm việc với chế độ hòa đồng bộ không được phép làm việc ởchế 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