thi nghiem máy điện một chiều

.Máy điện một chiều được ứng dụng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày. Vì vậy người thợ điện phải biết rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, nắm được các hiện tượng nguyên nhân gây hư hỏng và cách sửa chữa chúng. Nội dung bài học này cung cấp cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản để sử dụng và sửa chữa máy điện một chiều và các động cơ điện một chiều. Tổng quan về máy điện một chiều, cấu tạo nguyên lý làm việc, các thông số cơ bản của máy điện một chiều. Các thí nghiệm không tải, có tải, ngắn mạch, khởi động bằng tụ ngắt ly tâm. Các sơ đồ đều có mô phỏng kết nối sinh động dễ hiểu giúp bạn đọc khai thác hết được cách sử dụng cấu tạo cách thức hoạt động của máy điện một chiều. Chúc các bạn thành công !!

BÀI 2: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐIỆN VA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Phần 1: Giới thiệu chung

Máy điện một chiều được ứng dụng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàngngày Vì vậy người thợ điện phải biết rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, nắm đượccác hiện tượng nguyên nhân gây hư hỏng và cách sửa chữa chúng

Nội dung bài học này cung cấp cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản

để sử dụng và sửa chữa máy điện một chiều và các động cơ điện một chiều

Phần 2: Nội dung thí nghiệm

Mục tiêu:

- Đấu được dây đúng sơ đồ

- Sử dụng được các dụng cụ đo thành thạo

- Xác định được chính xác các thông số máy biến áp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

I Máy phát điện một chiều

1.1 Cấu tạo máy phát điện 1 chiều

Máy phát điên một chiều là thiết bị tạo ra dòng điện một chiều dựa trên hiệntượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện một chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thànhđiện năng

Ngày nay, máy phát điện một chiều vẫn được dùng trong giao thông vận tải,công nghiệp chính xác, hóa chất, hàn và trong một số đồ điện gia dụng để làm máyphát điện hoặc động cơ điện máy bơm nước

Máy điện một chiều bao gồm stato với cực từ, rôto và cổ góp với chổi thanStato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏmáy Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ

Rôto của máy điện một chiều gọi là phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phầnứng, cổ góp và chổi than

• Lõi thép và dây quấn

Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau Các láthép kỹ thuật điện có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng

Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với haiphiến góp Các phiến góp đặt trên cổ góp

• Cổ góp và chổi than

Cổ góp gổm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ,được gắn ở đầu trục rôto Các đầu dây của phần tử dây quấn rôto nối với phiến góp.Chổi than làm bằng than graphit, các chổi than được tỳ chặt lên cổ góp nhờ lòxo

1.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện 1 chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và

2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từtrường sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn taytrái

1.3 Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ

Rmt: điện trở với nhiệt độ môi trường

Xác định điện trở ứng với nhiệt độ làm việc định mức:

) 1

1.3.2 Sơ đồ nối dây

Hình 2.1: Sơ đồ nối dây Ampe – vôn đo điện trở một chiều cuộn dây phần ứng

Hình 2.2: Sơ đồ nối dây vôn – ampe đo điện trơ một chiều cuộn kích từ

1.3.3 Sơ đồ mô phỏng điện trở cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ

Hình 2.3: Sơ đồ đo điện trở phần ứng

Hình 2.4: Sơ đồ đo điện trở cuộn dây kích từ

Có thể dùng sơ đồ ampe vôn hoặc vôn ampe phụ thuộc vào giá trị điện trở cần

đo để giảm sai số của phép đo

Trong đó:

R: điện trở phần kích từr: điện trở phần ứng và cực từ phụ Điều chỉnh dòng điện đến giá trị định mức lấy giá trị điện áp tương ứng trên haiđầu vôn mét

Điện trở phần ứng rất nhỏ nên được cấp nguồn điện áp rất thấp

1.4.2.1 Thí nghiệm không tải

Điều kiện cần cho bài học:

- Sơ đồ nối dây

Hình 2.4: Sơ đồ nối dây thí nghiệm máy phát 1 chiều không tải

Hình 2.5: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát 1 chiều không tải

Trong đó:

FT: Máy phát tốc Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát F: Máy phát một chiều

A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5AV: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V

 Đăc tính không tải E = f(i)

- đường đặc tính không tải E = f(i)

+ khi tăng i:

+ khi giảm i:

+ Cấp nguồn cho cuộn kích từ và điều chỉnh sao cho i= 0.5A

+ Thay đổi tốc độ quay của máy phát bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp+ Mỗi giá trị của tốc độ lấy tương ứng giá trị sức điện động E trên hai cực đầu ra củaphần ứng

R kt

R V 1

2 34

9 10

+ -

Ð FT

+ +

Hình 2.6: Sơ đồ nối dây thí nghiệm máy phát 1 chiều có tải U = f(i)

Hình 2.7: Mô hình thực tế của sơ đồ thí nghiệm máy phát 1 chiều U = f(i)

Trong đó:

FT: Máy phát tốc

Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát

F: Máy phát một chiều

A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A

V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V

R: phụ tải điện R (có sơ đồ nối kèm theo)

Các bước thực hiện:

+ Khởi động máy phát điện điều chỉnh tất cả các tham số quay đến tốc độ định mứcnđm, điều chỉnh điện áp ở hai cực đến giá trị Uđm ứng với Iđm Sau đó giữ không đổidòng kích từ ikt=const

+ Thay đổi dòng tải I bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải R Vớimỗi giá trị phụ tải khác nhau ta lấy hai giá trị U và I tương ứng sau khi đã giữ n=constBảng kết quả đo:

Yêu cầu

- Vẽ hai đặc tính tải U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp toàn phần trong phần ứng E-U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp theo định luật Ôm U= I Rư

- Rút ra nhận xét:

………

………

 Đặc tính điều chỉnh I=f(i)

- Các bước thực hiện:

+ Khởi động máy phát điện quay đến tốc độ định mức nđm giữ không thay đổi, điềuchỉnh dòng kích từ sao cho U=Uđm

+ Tăng dòng tải I từ 0 đến 15A bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải

R Khi tăng phụ tải làm tăng sụt áp trên máy phát Muôn giữ cho U không đổi phảithay đổi dòng kích từ Mỗi giá trị của I lấy tương ứng một giá trị của i

………

………

1.4.3 Máy phát điện một chiều kích từ song song

1.4.3.1 Thí nghiệm không tải

 Đặc tính không tải E=f(i)

Điều kiện cần cho bài học:

- Sơ đồ nối dây

Hình 2.9: Sơ đồ nối dây máy phát điện một chiều kích từ song song

trường hợp không tải

Hình 2.10: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ song song

trường hợp không tải

Trong đó:

FT: Máy phát tốc

Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát

F: Máy phát một chiều

A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A

V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V

 Đặc tính tải U=f(I) và đường cong sụt áp

Điều kiện cần cho bài học:

-F 1

4

R V + -

I

Hình 2.11: Sơ đồ nối dây máy phát điện một chiều kích từ song song

trường hợp có tải

Hình 2.12: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát điện một chiều

kích từ song song trường hợp có tải

Trong đó:

FT: Máy phát tốc

Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát

F: Máy phát một chiều

A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A

V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V

R: phụ tải điện R (có sơ đồ nối kèm theo)

- Các bước thực hiện:

+ Khởi động máy phát điện điều chỉnh tất cả các tham số quay đến tốc độ định mứcnđm, điều chỉnh điện áp ở hai cực đến giá trị Uđm ứng với Iđm Sau đó giữ không đổidòng kích từ ikt=const

+ Thay đổi dòng tải I bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải R Vớimỗi giá trị phụ tải khác nhau ta lấy hai giá trị U và I tương ứng sau khi đã giữ n=const

- Bảng kết quả đo:

Yêu cầu

- Vẽ hai đặc tính tải U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp toàn phần trong phần ứng E-U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp theo định luật Ôm U= I.Rư

- Nhận xét:

- Các bước thực hiện:

+ Khởi động máy phát điện quay đến tốc độ định mức nđm giữ không thay đổi, điềuchỉnh dòng kích từ sao cho U=Uđm

+ Tăng dòng tải I từ 0 đến 15A bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải

R Khi tăng phụ tải làm tăng sụt áp trên máy phát Muôn giữ cho U không đổi phảithay đổi dòng kích từ Mỗi giá trị của I lấy tương ứng một giá trị của i

- Rút ra nhận xét

………

………

1.4.4 Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp

sơ đồ nguyên lý của động cơ

Từ thông kích từ của động cơ:

Trong đó: S là phần từ thông do cuộn kích từ song song tạo nên không phụ thuộc vào

dòng phần ứng hay không phụ thuộc vào tải

N là phần từ thông do cuộn kích từ nối tiếp tạo ra, nó phụ thuộc vào dòng phần ứng Khi phụ tải MC = Mđm thì IƯ = Idm

Do có hai cuộn kích từ nên đặc tính cơ của máy phát điện 1 chiều kích từ hỗnhợp vừa có dạng phi tuyến và đồng thời có điểm không tải lý tưởng

Đồ thị đặc tính cơ của máy phát điện một chiều kích tư hỗn hợp

Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp

Hình 2.12: Sơ đồ máy phát một chiều kích từ hỗn hợp

- Cài các Module nguồn điện, giao diện thu thập dữ liệu và máy phát điện một chiềutrong hệ thống EMS.

- DAI LOW POWER INPUTS được nối với nguồn cung cấp chính, đặt công tắcnguồn AC-24V ở vị trí I (ON) và cáp dẹt của máy tính được nối với DAI

- Hiện thị ứng dụng Metering, chọn File cấu hình ACMOTOR1.cfg

- Công tắc MODE để ở vị trí PRIME MOVER

- Công tắc DISPLAY để ở vị trí SPEET

Trình tự tiến hành như sau:

+ Làm giống như thí nghiệm không tải trên để thành lập điện áp

+ Đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định mức Trong quá trình tăng tải, đưa contrỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào máy tính Trongquá trình tăng tải nếu n giảm thì phải điều chỉnh điện áp để n = nđm Sau đó mở bảng

số liệu đo được ghi vào bảng 4 (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu)

II Động cơ điện một chiều

2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.1.1 Khái quát về động cơ một chiều kích từ độc lập

Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngoàiđộc lập với nguồn điện cấp cho rotor (cuộn ứng) Và khi nguồn điện một chiều cócông suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch điện phần kích từ được mắc vàohai nguồn điện một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập

Phương trình cân bằng điện áp:

Trong đó: U là điện áp lưới (V)

E Sức điện động của động cơ (V)

Sức điện động EƯ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

Từ các công thức biến đổi trên ta có phương trình đặc tính cơ điện của động cơ:

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì momen trên trục động cơ bằng với momen điện từ, nghĩa là Mdt = Mco = M Thay Iư vào phương trình đặc tính cơ điện của động

cơ ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích tư độc lập

2.1.2 Tiến hành thí nghiệm

2.1.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm

Bước 1: Tắt nguồn, xoay núm điều chỉnh điện áp nguồn vê vị tri MIN

Bước 2: Dùng dây cuaroa nối trục máy đo momen với máy điện một chiều

Bước 3: Lắp nguồn điều khiển cho máy đo momen, xoay núm LOAD CONTROL ở vịtrí MIN

Bước 4: Lắp nguồn nuôi biến thiên cho phần ứng máy điện một chiều

Bước 5: Lắp mạch kích từ độc lập cho phần cảm máy điện một chiều Đẻ hở mạch ởcác điểm A B như trên hình vẽ

Động cơ một chiều kích từ độc lập nối với máy đo momen

2.1.2.1.1 Xác định điện trở phần ứng

Bước 6: Bật công tắc chính của bộ nguồn vè vị trí ON, điều chỉnh điện áp phần ứng

EA để dòng điện phần ứng IA đạt giá tị định mức (1,5A) (được chỉ thị bởi đồng hồ đoE1, I1) Đọc giá trị E1

Tính giá tri điện trở phần ứng RƯ = ………

Bước 7: Xoay núm điều chỉnh điện áp về vị trí MIN và tắt nguồn Nối các điểm A và

B trong mạch với nhau

2.1.2.1.2 Thí nghiệm xác định đặc tính cơ n = f(M) khi I A = U dm , I E = I Tdm

Bước 8: Bật nguồn nuôi Trên máy đo momen, xoay núm LOAD CONTROL về vị tríMIN Xoay biến trở cuộn dây kích từ FIELD RHEOSTART sao cho dòng điện kích từ

IF = ITdm = 0,3A (được chỉ thị bởi đồng hồ đo I2) Điều chỉnh điện áp trên phần ứngbằng giá trị định mức máy điện EA = Udm = 220V

Bước 9: Trên máy đo momen xoay núm LOAD CONTROL để tăng tải thêm 0.2Nm.Chờ cho động cơ chạy ổn định đọc các giá trị: Độ lớn tải M, dòng điện phần ứng IA,tốc độ động cơ n

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

0.2

Bước 10: Lặp lại bước 9 cho đến khi IA = Idm = 1,5A Số liệu ghi vào bảng:

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

2.1.2.1.3 Thí nghiệm điều khiển tốc độ theo dòng kích từ

Bước 11: Lần lượt thay giá trị dòng kich từ IF = 0,25A; IF = 0,2A Tương ứng với mỗi giá trị dòng kích từ IF, xoay núm LOAD CONTROL (trên máy đo momen) về vị trí MIN làm lại thí nghiệm như trong bước 9 và bước 10 Số liệu ghi nhận ghi vào bảng dưới đây

Khi dòng kich từ IF = 0,25A

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

0.2

0.4

0.6

0.8

Khi dòng kich từ IF = 0,2A

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

………

………

2.1.2.1.4 Thí nghiệm điều khiển tốc độ theo điện áp

Bước 12: Lần lượt thay giá trị điện áp phần ứng EA = 200V, EA = 180V, EA = 150V.Tương ứng với mỗi giá trị điện áp phần ứng EA, xoay núm LOAD CONTROL về vị tríMIN lam lại thí nghiệm như trong bước 9 và bước 10 Số liệu nhận được ghi vào bảngdưới đây:

Khi giá trị điện áp phần ứng EA = 200V

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

1.8

2.0

Khi giá trị điện áp phần ứng EA = 180V

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

Khi giá trị điện áp phần ứng EA = 150V

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

Bước 14: Tháo mạch, kết thúc thí nghiệm

2.2 Động cơ điện một chiều kích từ song song

2.2.1 Khái quát về động cơ một chiều kích từ song song

Để máy có thể thành lập điện áp, cần thiết phải có từ dư và chiều từ trường dây quấnkích từ phải cùng chiều từ dư

Phương trình cân bằng điện áp:

Mạch phần ứng: U = Eư –RưIư

Mạch kích từ: U=Ikt (Rkt +Rđc)

Phương trình dòng điện: Iư =I+Ikt

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, ngoài hai nguyên nhân làm điện áp

U giảm như máy phát điện kích từ độc lập, ở máy kích từ song song khi u giảm, làmcho dòng điện kích từ giảm, từ thông và sức điện động càng giảm

Đường đặc tính ngoài dốc hơn so với máy kích từ độc lập

Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích từ song song

Ưu điểm chính của động cơ điện 1 chiều kích từ song song là chỉ cần duy nhấtmột nguồn điện 1 chiều cho cả hai dây quấn phần ứng và kích từ Ưu điểm nữa là tốc

độ thay đổi rất ít khi tải cơ của động cơ thay đổi Tuy nhiên, động cơ kích từ songsong có miền tốc độ không lớn vì tốc độ không thể thay đổi dễ dàng bằng cách thayđổi điện áp phần ứng Hơn nữa, dòng điện phần ứng cần được giới hạn để tránh hưhỏng cho động cơ khi nó khởi động Cuối cùng, nếu cuộn dây kích từ song song bị hởmạch bất ngờ thì dòng điện kích từ IF sẽ bằng 0, tốc độ động cơ sẽ tăng rất nhanh,động cơ sẽ bị mất ổn định

2.2.2 Kết nối thiết bị chuẩn bị thí nghiệm

Bước 1: Tắt nguồn, xoay núm điều chỉnh điện áp nguồn về vị trí MIN

Bước 2: Dùng dây cuaroa nối trục máy đo momen với máy điện một chiều

Bước 3: Lắp nguồn cho máy đo momen, xoay núm LOAD CONTROL ở vị trí MINBước 4: Lắp nguồn nuôi biến thiên cho máy điện 1 chiều

Sơ đồ thí nghiệm động cơ một chiều kích từ song song

Bước 5: Bật nguồn nuôi Trên máy đo momen, xoay núm LOAD CONTROL về vị tríMIN Xoay biến trở cuộn dây kích từ FIELD RHEOSTART sao cho dòng điện kích từ

IF = Itđm = 0.3A (được chỉ thị bởi đồng hồ đo I2) Điều chỉnh điện áp trên phần ứngbằng giá trị định mức máy điện EA = Uđm = 220V

Bước 6 Trên máy đo moment xoay núm LOAD CONTROL để tăng tải thêm 0.2Nm.Chờ cho động cơ chạy ổn định; đọc các giá trị: độ lớn tải M, dòng điện phần ứng IA,tốc độ động cơ n

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

0.2Bước 7 Lặp lại Bước 6 cho đến khi IA = Iđm = 1.5A Số liệu ghi nhận được ghi vàobảng dưới đây:

Momen tải M (Nm) Dòng phần ứng IA (A) Tốc độ n (v/p)

0.40.60.81.01.21.41.6

2.2.4 Thí nghiệm điều khiển tốc độ theo dòng kích từ

Bước 8 Lần lượt thay giá trị dòng kích từ IF = 0.25A; IF = 0.2A Tương ứng với mỗigiá trị dòng kích từ IF, xoay núm LOAD CONTROL (trên máy đo moment) về vị tríMIN làm lại thí nghiệm như trong Bước 6 và Bước 7 Số liệu ghi nhận được ghi vàobảng

2.2.5 Thí nghiệm điều khiển tốc độ theo điện áp

LOAD CONTROL (trên máy đo moment) về vị trí MIN làm lại thí