Bài 1: ĐO LƯỜ NG NG MỘ MỘT TẢ TẢI 3 PHA ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~o0o0o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
I. Mục tiêu: là m quen v ớ i các thi ết b ị đo và phương pháp ng công suất tác dụ ng Để tìm hiểu và làm pháp đo lườ ng (W), công su ất bi ểu ki ến (VA), công su ất phả n kháng (VAR) và hệ số công suất PF () trong mạ ch ba pha.
II. Thiế Thiết bị bị thí nghiệ nghiệm: 1.Bô ngu ồn công su ất Electron:
2.Đồng h ồ k ẹ p:
3.Probe dòng Hameg – O O sciloscope: sciloscope:
III. Tiế Tiến trình: A. Lắp đặt đặt thiế thiết bị bị: Nguồn điện ba pha đượ c nối v ớ i m ột động c ơ KĐB ơ KĐB 1Hp 380 V nối Y. Động cơ không đồ ng bộ, thông số: 2HP 220V/380V ( / Y ) 0.8 Cos Cos
Sơ đồ ơ đồ
h ọc. nguyên lý độ ng cơ AC ơ AC không đồ ng bộ gắ n vớ i tải cơ h
+S ử ử d d ụng Watt k ế ế : như hình vẽ, 2 pha còn l ạ i Đồng h ồ Watt k ết ết đượ c k ết n ối v ớ i 1 pha (pha c) của động cơ nh (pha a và pha b) đượ c k ết n ối v ớ i 2 probe dòng cách ly.
B. Đo công công suất suất ở trườ trườ ng ng hợ hợ p tả tải cân bằ bằng - không bù: -3 pha của động c ơ đượ GV hướ ng ng dẫ n kiểm tra tr ướ ơ đượ c nối v ớ i 3 pha của nguồn điện (nhờ GV ướ c khi cấ p điện cho tải). -Khởi động độ ng cơ không ơ không đồng b ộ bằ ng cách cấ p nguồn từ bộ nguồn 3 pha và gi ữa giá tr ị điện á p không đổi (V < 200V). Đọ Đ ọc các giá tr ị của điện áp, dòng điệ n, hệ số công suất của từng pha bằng đồng hồ hi ển thị trên bộ ngu ồn, đồng h ồ k ẹ p và probe dòng. -Chú ý: ý: SV nên kh ởi động và để động c ơ ch chạy không t ải để khoảng 5 phút nh ằm ổn định các thông số độ ng c ơ trong trong suốt quá trình đo. Varms= 100.2 Vbrms= 99.5 Iarms= 0.53 Ibrms= 0.506 -Vẽ đ ồ thị cho dòng điện 2 pha a và b trên cùng 1 đồ thị : Ia(t)
Ib(t)
Vcrms= 99.5 Icrms= 0.504
CH1: 0.2 A/DIV
III. Tiế Tiến trình: A. Lắp đặt đặt thiế thiết bị bị: Nguồn điện ba pha đượ c nối v ớ i m ột động c ơ KĐB ơ KĐB 1Hp 380 V nối Y. Động cơ không đồ ng bộ, thông số: 2HP 220V/380V ( / Y ) 0.8 Cos Cos
Sơ đồ ơ đồ
h ọc. nguyên lý độ ng cơ AC ơ AC không đồ ng bộ gắ n vớ i tải cơ h
+S ử ử d d ụng Watt k ế ế : như hình vẽ, 2 pha còn l ạ i Đồng h ồ Watt k ết ết đượ c k ết n ối v ớ i 1 pha (pha c) của động cơ nh (pha a và pha b) đượ c k ết n ối v ớ i 2 probe dòng cách ly.
B. Đo công công suất suất ở trườ trườ ng ng hợ hợ p tả tải cân bằ bằng - không bù: -3 pha của động c ơ đượ GV hướ ng ng dẫ n kiểm tra tr ướ ơ đượ c nối v ớ i 3 pha của nguồn điện (nhờ GV ướ c khi cấ p điện cho tải). -Khởi động độ ng cơ không ơ không đồng b ộ bằ ng cách cấ p nguồn từ bộ nguồn 3 pha và gi ữa giá tr ị điện á p không đổi (V < 200V). Đọ Đ ọc các giá tr ị của điện áp, dòng điệ n, hệ số công suất của từng pha bằng đồng hồ hi ển thị trên bộ ngu ồn, đồng h ồ k ẹ p và probe dòng. -Chú ý: ý: SV nên kh ởi động và để động c ơ ch chạy không t ải để khoảng 5 phút nh ằm ổn định các thông số độ ng c ơ trong trong suốt quá trình đo. Varms= 100.2 Vbrms= 99.5 Iarms= 0.53 Ibrms= 0.506 -Vẽ đ ồ thị cho dòng điện 2 pha a và b trên cùng 1 đồ thị : Ia(t)
Ib(t)
Vcrms= 99.5 Icrms= 0.504
CH1: 0.2 A/DIV
-Từ đồ thị tính giá tr ị dòng điện trong bả ng : Ia(t)= 0.8sin(100 πt) -Dòng điện trung tính I n= -Giải thích k ết quả trên
I b(t)= 0.76sin(100 πt+117 +117 ) A 0.06
Phương pháp đ thị: Nguyên nhân: -Độ lớn điện áp trên các pha của ngu ồn có chênh l ệch r ất nhỏ nên các giá tr ị dòng điện phụ thu ộc bở i áp từng pha nên độ lớn dòng điện cũng xuấ t hiện chênh l ệch. -Độ lệch pha của ngu ồn 3 pha không hoàn toàn b ằ ng 120 0. Nên sinh ra dòng điệ n mỗi pha l ệch không bằng 1200. ở kháng -Do tải (động cơ) không lý tưở ng. ng. Có sự chênh l ệch tr ở kháng hay R 0 cũng là nguyên nhân dẫn đến dòng điện mỗi có độ lớ n khác nhau và l ệch pha không b ằng 120 0. Từ các nguyên nhân trên và dòng trên dây trung tính b ằ ng tổng hợ p các dòng trên các dây còn lại. Vì thế sự chênh l ệch đã làm nả y sinh dòng trung tính (dù r ất nhỏ).
Phương pháp đại số giải mạch:
Các giá tr ị điệ n áp: .
E A E A0
0
.
E B E B 120
0
.
E C E C 120
0
Các giá tr ị dòng điện: . .
I A
E A jZa .
.
I B
E B jZb .
.
I C
E C
jZc Dòng điện trên dây trung tính: .
.
.
.
I N I A I B I C Dễ thấy dòng điện trên dây trung tính khác nhau do s ự bất đối xứ ng của dòng điện. Nguyên nhân: -Nguồn 3 pha không hoàn toàn đố i xứng -Tải không hoàn toàn đố i xứ ng
-Đo công suấ t bi ểu ki ến, công su ất tác dụng và h ệ s ố công su ất trên t ừng pha: Sa= 52 Sb= 51 Sc= 51 Pa= 31 Pb= 29 Pc= 27 Qa= 40 Qb= 40 Qc= 40 P.Fa= 0.6 P.Fb= 0.6 P.Fc= 0.6 -Kiểm tra mối quan h ệ giữa S,P,Q, PF tên pha a theo công th ứ c: PFa Pa / Sa 31 / 52 52 0.6
PFb Pb / Sb 29 / 51 51 0.57
PFc Pc / Sc 27 / 51 51 0.53
Sa Pa2 Qa2 312 402 50.6
Sb
Sc
Pb Qb 29 40 49.4 2
2
2
2
Pc Qc 27 40 48.3 2
2
2
2
C. Đo công suất ở trườ ng hợ p không tải cân bằng - có bù: -Tính giá tr ị tụ bù cầ n thi ết để h ệ số công su ất đạt 0,95 trên mỗi pha ở điều ki ện vận hành không tải (SV tự tính tr ướ c) Động cơ không đồ ng bộ, thông số: 2HP 220V/380V ( / Y ) Cos 0.8
Hình độ ng c ơ AC không đồng b ộ có bù t ụ. Tính giá tr ị tụ bù để hệ số công suất đạt 0,95 Công su ất của tải 3 pha (động cơ): P 2 HP 746W / HP 1492W Q P tan(cos1 0.8) 1492 tan(cos 1 0.8) 1119VAR Công su ất phản kháng sau khi bù thêm C: Qnew P tan(cos1 0.95) 1492 tan(cos 1 0.95) 490VAR Công su ất phản kháng cầ n phải bù của bộ tụ: Q Qnew Qold 490 1119 629VAR Công su ất phản kháng cầ n phải bù trên m ỗi b ộ tụ: Q Q per phase 210VAR 3 Vì tụ nối hình sao => Điệ n áp mỗi tụ:Utụ = Udây = 380 V Giá tr ị m ỗi tụ cần phải bù là: Q per phase 210 4.63 F C 2 2 2 fU 100 380
-Xác định giá tr ị tụ bù theo k ết quả PF nhận đượ c bằ ng công thứ c toán học: Xác đị nh giá tr ị tụ bù theo k t quả PF =1 Qnew Qanew Qbnew Qcnew 0VAR
Qold Qaold Qbold Qcold 40 40 40 120VAR Công su ất phản kháng đượ c bộ tụ bù thêm: Q Qnew Qold 490 1119 120VAR Công su ất phản kháng trên m ỗi b ộ tụ: Q 120 Q per phase 40VAR 3 3 Điện áp mỗi tụ:
Utu U day U pha 3 100 3
(V )
Giá tr ị tụ ở bài thí nghi ệm này là: Q per phase 40 4.244 F C 2 2 2 fU tu 100 (100 3 )
D. Đo công suất ở trườ ng hợ p không tải mất cân bằng: -Tháo bộ tụ bù ra kh ỏi nguồn điện. -Mắc nối ti ếp 1 điện tr ở có giá tr ị 6 ohm trên pha a c ủa độ ng cơ không đồ ng bộ vớ i nguồn.
-Đo lại các k ết quả điện áp, dòng điện hiệu dụng, hệ số công suất trên từ ng pha. Sa= 21 Sb= 72 Sc= 71
-Do tải (động cơ) không lý tưở ng. Có sự chênh l ệch tr ở kháng hay R 0 cũng là nguyên nhân dẫn đến dòng điện mỗi có độ lớ n khác nhau và l ệch pha không b ằng 120 0. -Trườ ng hợ p này ảnh hưở ng lớ n nhất là do sự mất cân bằng tải. trên dây a có xu ất hiện điện tr ở R=6Ω. Từ các nguyên nhân trên và dòng trên dây trung tính b ằ ng tổng hợ p các dòng trên các dây còn lại. Vì thế sự chênh l ệch đã làm nả y sinh dòng trung tính (dù r ất nhỏ).
Phương pháp đại số giải mạch:
Các giá tr ị điệ n áp: .
Dễ thấy dòng điện trên dây trung tính khác nhau do s ự bất đối xứ ng của dòng điện. Nguyên nhân: - Như phầ n B - Nhưng chủ yếu là do tải không đối xứ ng: Có điện tr ở trên dây a => Độ lớ n Ia giả m và Ia chậm pha hơn UAN 1 góc nhỏ hơn 900.
Ib, Ic tăng lên => dòng dây trung tính khác không.
-Nhận xét về sự khác bi ệt v ề k ết quả dòng trung tính trong thí nghi ệm, từ đó suy ra kết luậ n về tác hại khi lưới điện mất cân bằng tải. + Nhận xét v ề sự khác biệt về k ết quả dòng trung tính trong thí nghiệm:
Trườ ng hợ p tải cân bằng - không bù -Dòng trung tính vẫn tồn tại nhưng rấ t nhỏ. -Dòng dây trên các pha gần bằ ng nhau => t ải trên mỗi pha gần như nhau.
Trườ ng hợ p không tải mất cân bằng -Dòng trung tính lớn hơn nhiều so vớ i tải cân bằng. -Dòng dây trên các pha khác nhau => t ải trên mỗi pha khác nhau.
+K ết luận về tác hại khi lưới điện mất cân bằ ng tải: -Lưới điện: gây t ổn thất điện năng trong mạng điệ n. Đặc biệt là lệch áp trung tính n ếu R N lớ n và có thể gây đứt dây trung tính. -Phụ tải: lệch công su ất pha, pha thì nặng tải, pha thì non tải => Giả m hiệu qu ả làm vi ệc vủa máy phát và d ễ gây cháy nổ. -An toàn: gây hư cách điệ n, giật điện, phỏng n ếu chạ m vào dây trung tính
-So sánh thí nghi ệm C vớ i B: Thí nghi ệm B (tải cân bằ ng) Dòng trên từ ng dây gần bằ ng và lớn hơn thí nghi ệm C => T ổn hao trên dườ ng dây l ớ n => Hiệu suất giả m
Thí nghi ệm C (không tả i cân bằ ng có bù C) Dòng trên từ ng dây gần bằ ng và nhỏ hơn thí nghi ệm B => T ổn hao trên dườ ng dây giảm đáng kể => Hiệu suất tăng cao
Bài 2: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~o0o0o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
I. Mục tiêu: Giúp sinh viên hiểu rõ hơn và kiể m tra lại các đặ c tính của máy bi ến áp: đặ c tính không tải, đặc tính ngắn mạch và đặ c tính tải của máy bi ến áp. Từ các thí nghi ệm không tải và ngắn mạ ch, ta có thể xác đị nh thông số cho sơ đồ mạch tương đương của máy bi ến áp. Và bi ết đượ c các thông s ố này sẽ ảnh hưởng đến đặ c tính tải, và đặ c tính hiệu suất như thế nào.
II. Tiến trình: Các module trong PTN được đấ u theo mạng hai cửa như sau : -Module đo điện áp và dòng điệ n :
- Module đo hệ số công su ất :
A. Thí nghiệm không tải
+Sơ đồ mắc mạ ch:
+Đo các thông số theo bảng sau: U10(V) 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
U20(V) I10(A)
21 0.02
30.5 0.03
40.5 0.04
50 0.05
61 0.07
71 0.09
81.5 0.11
91.6 0.15
102 0.23
112 0.35
P10(W)
0.48
1.08
1.92
3
5.04
7.56
10.56
16.2
27.6
46.2
i. Vẽ lại đặc tính không tải U10= f(I10). So sánh d ạ ng của đặc tính này v ới đặ c tính đườ ng cong từ hóa, cho nhận xét và giải thích. +Vẽ lại đặ c tính không tải U10= f(I10). U = f(I )
Đặc tính không tải U = f(I )
+So sánh v ới đườ ng cong từ hóa:
Đường cong từ hóa c ủa ch t s t từ M(H), đườ ng cong độ t ừ th m phụ thuộc vào t ừ trườ ng và các giá tr ị thu được: T ừ độ bão hòa M s, từ thẩm ban đầu μi, từ thẩm cực đại μmax
+Nhậ n xét: Đường đặ c tính không tải U10= f(I10) -Có tính đồng dạ ng vớ i nhau. -Đều là đườ ng cong phi tuy ến. -Sự phụ thu ộc giữa U và I là phi tuy ến và có vùng bão hòa.
Đườ ng cong từ hóa -Có tính đồng dạ ng vớ i nhau. -Đều là đườ ng cong phi tuy ến. -Sự phụ thu ộc giữa B và H (cũng như sự phụ thuộc giữa Φ và I) là phi tuy ến và có vùng bão hòa.
+Giải thích: -Do lõi từ đượ c làm từ các ch t có tr ậ t tự từ (s t từ, phản s t từ , feri từ), đườ ng cong t ừ hóa là các đườ ng phi tuyến. -Sự phi tuyến của đường đặ c tính không tải U10= f(I10) là do sự phi tuyến của đườ ng cong từ hóa hay do chất liệu, hình dạng của vật làm lõi của máy bi ến áp. Lõi thép đượ c làm bằng lá thép k ỹ thuật, mỗi loại thép đều có một giớ i hạn từ thông khác nhau vì v ậy khi ta tăng điệ n áp từ giá tr ị 0 đến giá tr ị Uđm thì từ thông cũng tăng dầ n lên từ không đế n giá tr ị xác lập. Đó là yếu tố khách quan mà ta không th ể khắc phục đượ c. -Ta xét các công th ứ c sau: Ni H (suy từ đị nh luật Ampere) l B (suy từ đị nh luật Gauss)
ii. Cho biết ý nghĩa củ a giá tr ị P10 mà sinh viên đo đượ c, trong dãy công su ất đo đượ c thì giá tr ị nào có ý nghĩa nhấ t khi vận hành máy bi ến áp? T ại sao?
+Ý nghĩa củ a giá tr ị P10 đo đượ c: P10 là công su ất tổn hao không t ải.
Vì p Fe P10 R1I 02 P 10 +Trong dãy công su ất đo đượ c thì giá tr ị có ý nghĩa nhấ t khi vận hành máy bi ến áp là: Giá tr ị công su ất đo đượ c tại áp đị nh mức U10=220V +Vì: Đó là công suất tổn hao khi máy làm vi ệc ở chế độ đị nh mức. Từ đó ta có thể thiết k ế mạ ch mong muốn để đạ t hi ệu suất cao nhât hoặ c có th ể tính đượ c hiệu suất của máy bi ến áp, các giá tr ị tr ở kháng t ổn hao tương đương,... iii. Có th ể quy đổi tổn hao không t ải từ các thí nghi ệm mà U10 nhỏ hơn điện áp đị nh mức (220 volts) về thí nghi ệm không tải khi U10 ở điện áp đị nh mức đượ c hay không? T ại sao? +Có thể quy đổ i tổn hao đượ c hay không: Không +Vì: Ta biết r ằng, Máy bi ến áp t ồn tại hai dạng tổn hao chính ở lõi thép trong quá trình vậ n hành MBA: Tổn hao từ tr ễ do bản chất đa trị và phi tuyến của đặc tuyến từ hóa của vật li ệu từ dùng làm lõi: n (W) Ph K hfBm
Vớ i B m là mật độ từ thông cực đại, K h là hằ ng số phụ thuộc vào vật liệu lõi t ừ. Tổn hao dòng xoáy do hi ệu ứ ng tỏa nhiệt của dòng cả m ứ ng hình thành trong lõi thép: o
2
2 (W)
iv. Từ các thông s ố đo đượ c trong thí nghi ệm không tải, ta tính các thông s ố cần thi ết cho sơ đồ tương đương của máy bi ến áp. +Sơ đồ tương đương chính xác củ a máy biến áp trong thí nghi ệm hở mạ ch:
+Sơ đồ gần đúng củ a máy biến áp trong thí nghi ệm hở mạch:
+Tính các thông s ố cầ n thi ết: -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau:
Ioc I1o 0.35A V Voc U1n 220 P P 46.2 W 1o oc -Điệ n tr ở R c: V oc2 2202 Rc 1047.6 46.2 P
B. Thí nghiệm ngắn mạch
+Sơ đồ mắc mạ ch:
Chỉnh variac về 0. Tăng dần áp ngõ vào và đo các thông số theo bả ng sau: I2n(A) 1 2 3 4 5 6 7 8
9
10
U1n(V)
2.37
3.4
5
7
8.6
10.8
12.7
14.8
16.7
19
I1n(A)
0.54
0.81
1.37
1.8
2.31
2.9
3.35
4
4.5
5.2
P1n(W)
1.27
2.73
6.80
12.51
19.73
31.10
42.25
58.79
74.62
98.11
i. Từ các thí nghi ệm ngắn mạ ch, ta tính các thông số cầ n thiết cho sơ đồ tương đương của máy biến áp. +Sơ đồ tương đương chính xác củ a máy bi ến áp trong thí nghi ệm ngắn mạch:
+Sơ đồ gần đúng củ a máy biến áp trong thí nghi ệm ngắn mạ ch:
+Tính các thông s ố cần thi ết: -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau:
Isc I1n 5.2 A V Vsc U1n 19 W Psc P1n 98.1 -Điệ n tr ở R eq: P 98.1 3.628 Req sc 2 2 I sc 5.2 Z eq
V sc I sc
19 5.2
3.654
-Điệ n kháng Xeq 2 X eq Zeq Req2 3.6542 3.6282 0.435
ii. Vẽ đường đặc tính U1n= f(I1n ). So sánh dạng của đường đặc tính này với đường đặc tính không tải ở phần trên. Giải thích sự giống nhau và khác nhau. +Vẽ đường đặc tính U1n= f(I1n).
U1n= f(I1n) 20 18 16
Đường đặc tính U1n= f(I1n)
+So sánh dạ ng của đường đặ c tính của thí nghi ệm ngắn mạ ch và thí nghi ệm không tải. Giải thích sự gi ống nhau và khác nhau. Thí nghi ệm ngắ n mạ ch -Máy bi ến áp đượ c khảo sát t ớ i giá tr ị I định mức bên sơ cấ p. -U bên sơ cấ p thấp, I bên sơ cấ p cao -Vẫ n còn trong vùng tuyến tính. Chưa xuấ t hiện vùng bão hòa.
Thí nghi ệm không tải -Máy bi ến áp đượ c khảo sát t ớ i giá tr ị U định mức bên sơ cấ p. -U bên sơ cấp cao, I bên sơ cấ p thấ p -Xuất hi ện vùng bão hòa.
+Giải thích: -Ở thí nghi ệm ngắn mạ ch thì do t ải ngắ n mạch nên tr ở kháng tương đương gầ n bằ ng tr ở kháng đồng bên sơ cấ p (tr ở kháng này r ất nhỏ) => Dòng điện I tăng nhanh khi U tăng. -Ở thí nghi ệm không tải thì do tr ở kháng tải là vô cùng nên tr ở kháng tương đương gầ n bằ ng tr ở kháng t ổn hao sắt (tr ở kháng này l ớn) => Dòng điện I tăng chậm khi U tăng. -Lúc ngắn mạ ch, phản ứ ng của phần ứng là khử từ. Mạ ch từ của MBA không bão hòa vì su ất điện động phần sơ cấ p r ất nh ỏ. Do đó đặc tính ngắ n mạch là đườ ng thẳng. iii. Có thể quy đổ i tổn hao ngắn mạ ch từ các thí nghi ệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện đị nh mứ c (5A) về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá tr ị định mức đượ c hay không? T ại sao? Nếu đượ c, sinh viên hãy quy đổi từ các giá tr ị đo đượ c, so sánh k ết quả thu đượ c. cho nhận xét. Đượ c +Có thể quy đổi đượ c hay không: +Vì: -Ở thí nghi ệm ngắn mạ ch, quan h ệ U và I gần như tuyến tính. -Ở sơ đồ gần đúng, ta thấ y hầu như các thôn g số đo được đều không phụ thuộc vào tính chất của lõi thép mà chỉ phụ thuộc vào 2 cu ộn dây đồng. Nhưng với sơ đồ chính xác thì các thông s ố đo đượ c vẫ n phụ thu ộc. Nhưng do điện tr ở từ hóa và điện kháng từ hóa r ất lớ n, nên trong thí nghi ệm ngắ n mạ ch chúng không gây ảnh hưở ng lớ n => sự phi tuyến không ảnh hưở ng nhi ều lên thông số mạch => các giá tr ị đo được đều tuyến tính => ta d ễ dàng quy đổi từ thí nghiệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện đị nh mức (5A). +Nếu được, sinh viên hãy quy đổ i từ các giá tr ị đo đượ c, so sánh k ết quả thu đượ c:
+Quy đổi và so sánh -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau: -Xét bái toán vớ i thông số đo được như sau:
-Điệ n kháng Xeq:
-Điệ n kháng Xeq
2 X eq Zeq Req2 3.7232 3.6922 0.479
2 X eq Zeq Req2 3.6542 3.6282 0.435
+Nhậ n xét: -Các thông s ố có giá tr ị xấ p x ỉ nhau. -Vì thế ta có thể quy đổi tổn hao ngắn mạch từ các thí nghi ệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện đị nh mứ c (5A) v ề thí nghi ệm ngắ n mạ ch khi I1n ở giá tr ị đị nh mức. -Các giá tr ị tổn hao đồng cũng rấ t quan tr ọng vì nó quy ết định hi ệu suất làm vi ệc của máy bi ến áp. -Sai số do tính toán, sai số phép đo, do chủ qua n người đo đạc, … iv. Với quan điể m của ngườ i sử dụ ng, các thông số nào là quan tr ọng nhất trong thí nghi ệm không tải và thí nghi ệm ngắ n mạch để có thể ghi trên nhãn máy. T ại sao? + Các thông s ố quan tr ọng nhất trong thí nghi ệm không tải và thí nghi ệm ngắn mạ ch: Ngoài các thông s ố định mứ c quan tr ọng như điện áp, dòng điệ n, công su ất,… còn có thêm: tổ n thất không tải, t ổn thất đồng, tổng tr ở kháng ngắ n mạch Z, điện áp ngắn mạ ch. +Vì: Dựa vào các thông số này, ngườ i ta có th ể: -Thành lập và chọn lựa phương án thích hợp để cung cấp điện -Thiết kế và chỉnh định các thông số. -Xác định các điều kiện làm việc. -Chọn giải pháp hạn chế ngắn mạch -Kiểm tra các thiết bị điện, thiết kế bảo vệ nối đất
C. Thí nghiệm có tải: Sơ đồ nguyên lý :
+Sơ đồ mắc mạ ch:
Điều ch ỉnh variac sao cho điệ n áp U1 bằng điện áp đị nh mức, thay đổi tải (bằng cách bậ t nối ti ế p các công tắ c trên hộ p tải. Chú ý: Sinh viên phải ghi lại các giá tr ị tải bằng các vị trí của công tắc để so sánh vớ i cùng k ết quả trong bài thí nghi ệm số 3. Đo các giá trị theo bả ng sau: Tải 0 1 2 3 4 5 6 7 8 U2(V) I2(A) P2(W) U1(V) I1(A) P1(W)
110 2.1
109 3
107 4
106 5
104.5 5.8
103 6.5
101 7.3
100 8
230.769 220
326.673 220
427.572 220
529.47 220
605.4939 220
668.8305 220
736.5627 220
799.2 220
1.16
1.6
2.03
2.5
2.92
3.34
3.75
4.15
249.075
347.072
440.794
545.05
637.903
730.391
820.875
909.348
i. Vẽ đặ c tính tả i U2= f(I 2). Tính độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấ p ở giá tr ị đị nh mức. +Vẽ đặ c tính tải U2= f(I2).
U2= f(I2) 112 110 108
Vẽ đặc tính tải U2= f(I2)
+Tính độ sụt áp phần trăm khi dòng thứ cấ p ở giá tr ị định mức: U 2 %
U 2 dm U 2 U 2 dm
100%
110 100 110
100% 9.1%
ii. Tính và vẽ đặ c tính hi ệu suất theo hệ s ố tải: hiệu suất cực đại, cho nhận xét. +Tính đặ c tính hi ệu suất theo hệ số tải: T ải 0 1 2 3
βi ƞi
;xác định điể m
4
5
6
7
8
0.21
0.297273
0.389091 0.481818
0.551
0.608636
0.670273 0.727273
0.926503
0.941225
0.970004 0.971415
0.949194
0.915715
0.89729
+Vẽ đặ c tính hi ệu suất theo hệ số tải:
Đặc tính hiệu suất
ƞ( β) 0.98 0.96 0.94 0.92
0.9 0.88
β
0.86 0
+Điểm hiệ
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
ất cực đại: = 0.481818 khi β = 0.971415
0.6
0.7
0.8
0.878871
+Tính các thông s ố bên sơ cấ p: -Với sơ đ chính xác như sau:
-Ta xấ p xỉ gần đúng sơ đồ sau:
Rc1 1047.6 X m1 785.7 R1eq 3.628 X 1eq 0.435 -Lần lượ c thế các giá tr ị U2 I2 vào h ệ sau:
I 2 I2 2 2 V 2 V1 a (R1eq jX 1eq a Z L ) 2 (3.628 j 0.435 2 I ) 2 I V ( 1 1 ) I 2 V ( 1 1 ) I 2
Tải
5
6
7
8
U2(V)
104.5
103
101
100
I2(A)
5.8 605.49
6.5 668.83
7.3 736.56
8 799.2
P2(W) U1(V)
2190.3
2180.40
2150.40
2150.5
I1(A)
3 5
3.4 5
3.8 4
4.2 40
0
0
0
0
0
+So sánh v ớ i giá tr ị đo đượ c: -Ta thấy các giá tr ị tính toán gần đúng vớ i giá tr ị đo đượ c. -Sơ đồ tương đương không ảnh hưở ng nhiều đến sai số các giá tr ị tính toán. -Tuy vẫn còn có sai s ố do nhi ều nguyên nhân như: +Các thi ết bị MBA, ngu ồn, … không ch ính xác.
+Sơ đồ tính toán là sơ đồ tương đương. +Sai số dụng cụ đo. +Yếu t ố môi trườ ng. +Chủ quan người quan sát, đo đạ c. iv. Ứ ng dụng: -Dùng để biến áp cho các h ộ gia đình. -Dùng bi ến áp cung cấ p cho các thi ết bị như tivi, đầu máy,… -Dùng bi ến áp cho các thi ết b ị có công su ất nhỏ như điện thoại,
máy tính,….
Bài 3: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CÓ NHÁNH PHÂN TỪ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~o0o0o~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ I. Mục tiêu: Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về sự ảnh hưở ng của cấu tạ o mạ ch từ đến đặc tính làm việc của máy biến áp. Cụ th ể là s ự ảnh hưở ng của t ừ thông rò lên giá tr ị điện kháng t ả n của máy bi ến áp.
II. Thiết bị thí nghiệm: - Máy bi ến áp 1 pha 220/110 volts, 5/10 A. có nhánh phân t ừ và khe h ở không khí
- Máy bi ến áp tự ngẫu dùng để tạo điện áp thay đổi đượ c cung cấ p cho cu ộn sơ cấ p của máy bi ến áp một pha. - Ampere k ế, Volt k ế và Watt k ế. 1.Máy biế n áp :
2.VOM:
3.Variac :
4.H ộp điện tr ở :
Các module trong PTN được đấ u theo mạng hai cửa như sau : - Module đo điện áp và dòng điệ n :
- Module đo hệ số công su ất :
III. Tiến trình: A. Thíngh i ệm k hông t ải
+ Sơ đồ mắc mạch:
+ Đo các thông số theo bả ng sau: U10(V) 40 60 80 100
120
U20(V)
18.795
28.8
38.9
49.2
59.3
I10(A) P10(W)
0.131 1.493
0.1785 3.052
0.22 5.016
0.26 7.41
0.3 10.26
140
160
180
79.25
89.35
99.25
0.342 0.388 13.646 17.693
0.437 22.418
0.4875 0.5405 27.788 33.889
69.4
200
220 109.35
i. Vẽ lại đặc tính không tải U10= f(I10). So sánh d ạ ng của đặc tính này v ớ i dạng đặc tính thu đượ c ở bài thí nghiệm 2. Giả i thích sự khác nhau n ếu có? + V ẽ lại đặc tính không tải U10= f(I 10). U10= f(I10) 250
Đặc tính không tải U10= f(I10)
+ So sánh dạ ng của đặc tính này v ớ i dạng đặc tính thu đượ c ở bài thí nghiệm 2 U10= f(I10)
Đặc tính không tải U 10= f(I10)
250 200 150
100 50 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
I10
Đặc tuyến bài 2
+ Nhận xét và:
Đặc tuyến bài 3 -Quan hệ U, I g n như là đườ ng th ng, tuy n
Đặc tuyến bài 2 -Quan hệ U, I là đườ n g phi tuy n.
tính. -Chưa xuất hi ện vùng bả o hòa. +Giải thích:
-Thấy rõ đượ c vùng bả o hòa.
-Vì MBA ở bài 3 có nhánh phân t ừ. Nhánh này có tác dụng làm từ thông tăng chậm và tăng giớ i hạn vùng bả o hòa lên do lõi t ừ nhi ều hơn. Khe hở không khí giúp MBA khi ho ạt động thì t ừ thông trên nhánh phân từ này r ấ t nhỏ. -Vì từ thông tăng chậm hơn và vùng bả o hòa l ớn hơn nên ở điệ n thế 220V thì ta vẫn chưa thấ y hiện tượ ng bảo hòa. MBA vẫ n còn hoạt động trong vùng tuy ến tính. -Vì có thể lõi từ đượ c làm từ chất thuận từ và nghịch từ. Ở các chất này thì đường cong từ hóa là
tuyến tính
+Sơ đồ gần đúng củ a máy biến áp trong thí nghi ệm hở mạch:
+ Tính các thông s ố cần thi ết: -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau:
Ioc I1o 0.5405A V Voc U1n 220 W Poc P1o 33.89 -Điệ n tr ở R c: 2
Rc I R
V oc
2
33.89
P oc V oc Rc
220
1428.15
220
1428.15
Ta có: I oc I R I X
0.154 A
Vì IR cùng pha v ớ i Voc, IX chậm pha hơn Voc 900=> I X chậm pha hơn I R 900. => I X
2 I oc I R2 0.54052 0.1542 0.518 A
-Điệ n kháng Xm: V 220 424.71 X m oc I X 0.518 B Thíngh i ệm ng ắn m ạch
+ Sơ đồ mắc mạch:
+ Đo và tính các thông số theo bả ng sau: U1n(V) 40 60 80 100
120
I2n(V)
0.724
1.0775
1.4375
1.7875
2.075
2.43
2.79
3.145
3.5
3.855
I1n(A) P1n(W)
0.462
0.6875
0.9135
1.133
1.356
1.5805
1.807
1.98
2.205
2.435
1.534
3.424
6.066
9.404
13.506
18.365
23.997
29.581
36.603
44.463
140
160
180
200
220
i. Từ các thí nghi ệm ngắn mạ ch, ta tính các thông số cầ n thiết cho sơ đồ tương đương của máy biến áp. +Sơ đồ tương đương chính xác củ a máy bi ến áp trong thí nghi ệm ngắ n mạch:
+Sơ đồ gần đúng củ a máy biến áp trong thí nghi ệm ngắn mạ ch:
-Điệ n tr ở R eq: P 44.46 7.498 Req sc 2 2 I sc 2.435 Z eq
V sc
220 2.435
I sc
90.349
-Điệ n kháng Xeq 2 Req2 90.3492 7.4982 90.037 Z eq
X eq
ii. Vẽ đường đặc tính U1n= f(I1n ). So sánh dạng của đường đặc tính này với đường đặc tính tương ứng trong bài 2. + V ẽ đường đặc tính U1n= f(I 1n)
Đường đặc tính U1n= f(I1n)
U =fI 250 200 150 100 50
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Đặc tuyến bài 3
+ So sánh dạ ng của đường đặ c tính này v ới đường đặc tính tương ứ ng trong
U =fI 20 18
Đường đặc tính U1n= f(I1n)
bài 2
I1n
+Nhậ n xét:
Đặc tuyến bài 3 -U và I tăng tuyến tính. -I tăng chậm do từ thông tăng chậ m
Đặc tuyến bài 2 -U và I tăng tuyến tính. -I tăng rất nhanh do t ừ thông tăng rấ t nhanh
iii. Có thể quy đổ i tổn hao ngắn mạ ch từ các thí nghi ệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện đị nh mứ c (5A) về thí nghiệm ngắn mạch khi I1n ở giá tr ị định mức đượ c hay không? T ại sao? Nếu đượ c, sinh viên hãy quy đổi từ các giá tr ị đo đượ c, so sánh k ết quả thu đượ c. cho nhận xét. + Có th ể quy đổi đượ c hay không: Đượ c + Vì: -Ở thí nghi ệm ngắn mạ ch, quan h ệ U và I gần như tuyến tính. -Ở sơ đồ gần đúng, ta thấ y hầu như các thông số đo được đều không phụ thuộc vào tính chất của lõi thép mà chỉ phụ thuộc vào 2 cu ộn dây đồng. Nhưng với sơ đồ chính xác thì các thông s ố đo đượ c vẫ n phụ thu ộc. Nhưng do điện tr ở từ hóa và điện kháng từ hóa r ất lớ n, nên trong thí nghi ệm ngắ n mạ ch chúng không gây ảnh hưở ng lớ n => sự phi tuyến không ảnh hưở ng nhi ều lên thông số mạch => các giá tr ị đo được đều tuyến tính => ta d ễ dàng quy đổi từ thí nghiệm mà I1n nhỏ hơn dòng điện đị nh mức (5A). + N ếu được, sinh viên hãy quy đổ i từ các giá tr ị đo đượ c, so sánh k ết quả thu đượ c:
+Quy đổi và so sánh -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau: -Xét bái toán v ớ i thông số đo được như sau: Isc I1n 1.356A V Vsc U1n 120 W Psc P1n 13.51
I I 2.435 V U 220 P P 44.46
-Điệ n tr ở R eq: P 13.51 7.347 Req sc 2 2 I sc 1.356
-Điệ n tr ở R eq: P 44.46 7.498 Req sc 2 2 I sc 2.435
Z eq
V sc I sc
120 1.356
-Điệ n kháng Xeq:
88.496
A
sc
1n
V
sc
sc
Z eq
1n
W
1n
V sc I sc
220 2.435
-Điệ n kháng Xeq
90.349
ải: C. Thíngh i ệm có t Sơ đồ nguyên lý :
+ Sơ đồ mắc mạch:
- Điều chỉnh variac sao cho điện áp U1 b ằng điện áp đị nh mức, thay đổi tải (bằng cách bật n ối tiế p các công tắ c trên hộ p tải, tương ứ ng vớ i các giá tr ị đo trong bài 2). Đo và tính các giá trị theo bảng sau:
+ Đo các giá trị theo bảng sau: Tải
0
1
2
3
4
5
6
U2(V) I2(A) P2(W)
101.4 0.782 79.216
95.75 1.31 125.31
89.6 1.755 157.09
83.05 2.06 170.91
76.75 2.35 180.18
70.55 2.595 182.89
65.2 2.795 182.05
U1(V) I1(A) P1(W)
220 0.875 123.2
220 1.13 141.70
220 1.36 146.61
220 1.565 161.82
220 1.72 151.36
220 1.855 151
220 1.951 158.81
i. Vẽ đặ c tính tả i U2= f(I 2). Tính độ sụt áp phần trăm ở các tải đo đượ c. + Vẽ đặ c tính tải U2= f(I2). U2= f(I2) 120
Vẽ đặc tính tải U2= f(I2)
7
8
9
60.1 2.945 176.82
45.45 3.31 150.29
35.8 3.5 125.17
220 1.975 152.08
220 2.19 168.63
220 2.285 150.81
B. Thí nghiệm: 1. Điều ch ỉnh thay đổi dòng điệ n IDC trong khoả ng từ 0 – 200mA, dùng dao dộng ký đo và vẽ dạng sóng của các tín hi ệu áp ở hai đầu của các cu ộn dây, trên đèn trong trườ ng h ợ p sau :
IDC = 0 mA Dạng sóng trên đèn:
U(V) 0.45
-30
-20
-10
V
0
10
-0.45
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 85
-30
-20
-10
V
0
10
-85
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V)
IDC = 40 mA Dạng sóng trên đèn: U(V) 18.09
-30
-20
-10
0
V
10
-18.09
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 28
-30
-20
-10
V
0
10
-28
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V) 28
V
IDC = 80 mA Dạng sóng trên đèn: U(V) 18.09
-30
-20
-10
0
V
10
-18.09
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 13
-30
-20
-10
V
0
10
-13
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V) 13
V
IDC = 120 mA Dạng sóng trên đèn: U(V) 18.09
-30
-20
-10
0
V
10
-18.09
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 9
-30
-20
-10
V
0
10
V
-9
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V) 9
V
IDC = 160 mA Dạng sóng trên đèn: U(V) 18.09
-30
-20
-10
0
V
10
-18.09
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 7
-30
-20
-10
V
0
10
V
-7
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V) 7
V
IDC = 200 mA Dạng sóng trên đèn: U(V) 18.09
-30
-20
-10
0
V
10
-18.09
20
t(ms)
20
t(ms)
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 1: U(V) 6.5
-30
-20
-10
V
0
10
-6.5
V
Dạng sóng trên cu ộn dây 2: U(V) 6.5
V
Ghi chú: Các tín hi ệu ngõ ra đều méo dạ ng chứ không lý tưởng như nhữ ng hình trên. Vì muốn đơn giả n hình vẽ nên tạ m vẽ dạng sin. Bên dướ i có giải thích nguyên nhân méo dạ ng tín hi ệu. 2. Khả o sát: - Thay đổi đột ngột dòng IDC từ 0 lên 200mA.Ghi nhậ n thờ i gian tín hi ệu trên đèn từ quá độ tớ i ổn định. T1 = 0.5s - Thay đổi đột ngột dòng IDC từ 200mA xu ống 0mA.Ghi nhận thờ i gian tín hi ệu trên đèn từ quá độ tớ i ổn định. T2 = 1.85s 3. Giải thích nguyên lý c ủa mạch điện và sự méo dạng: +Giải thích nguyên lý của mạch điện -Mạch khuếch đại từ ứng dụng tính chất bão hòa của lõi từ, sử dụng vùng đặ c tính phi tuyến của lõi thép từ. -Do các đặc điể m về mạ ch nên sẽ xuất hiện méo dạ ng các tín hiệu thu đượ c. -Đăc điểm của mạch khu ếch đại từ: Lõi thép từ
Vậ n dụng đặ c tuyến đườ ng cong từ hóa để ứ ng dụ ng mạ ch khu ếch đại từ. Vì nó ảnh hưởng đến quan h ệ U-I (điều này đã đượ c kiểm chứ ng ở bài thí nghi ệm 2 và 3).
Hình mô tả
các điểm làm việc khác nhau của mạ ch khuếch đại:
Cuộn dây điều khi ển bằng dòng DC: Đưa dòng điện DC vào cu ộn dây sẽ làm mạ ch hoạt động trong điể m làm việc nào đó. Hai cuộn dây còn l ại s ẽ hoạt động xung quanh điể m làm vi ệc này. Giá tr ị của dòng điện một chiều thay đổ i sẽ làm thay đổi điể m làm vi ệc trên đườ ng cong từ hóa => làm thay đổi quan h ệ của 2 cu ộn còn lại. Khi đã hoạt động trong vùng bão hòa hoàn toàn, các cu ộn này sẽ chuyển từ tr ạng thái có tr ở kháng r ất cao sang tr ạng thái có tr ở kháng r ất thấp. Nghĩa là vớ i việc tăng lượ ng nh ỏ U thì dòng điện ra sẽ tăng đột ng ột. Việc này đồng nghĩa với dòng điện điề u khiển đã thay đổi tr ở kháng của cuộn dây xoay chi ều này. Cuộn dây điều khi ển bằng dòng ít bị ảnh hưở ng bở i tín hiệu xoay chi ều do chúng đượ c nối sao cho cự c tính của nó làm tri ệt tiêu điệ n áp cả m ứng => Nó ch ỉ bị ảnh hưở ng bởi điện tr ở thuần của cuộn dây => năng lượng đưa vào cuộn dây điề u khi ển bằng dòng DC nh ỏ
Từ đó ta có thể thấy: Một sự thay đổi nhỏ trong dòng điện một chi ều điều khiển có thể làm thay đổi r ất l ớ n tr ở kháng của cuộn dây, nghĩa là làm thay đổ i dòng điệ n tải r ất lớ n. K ết quả là mạ ch có đặc tính khuếch đại dòng điệ n.
+Giải thích v ề độ méo dạng của các tín hi ệu thu đượ c(nếu có). -Nguyên nhân thứ 1: như đã nói ở trên, đặc tuyến từ hóa là phi tuy ến, nên đặ c tuyến U-I cũng phi tuyến dẫn đến tín hi ệu đo đượ c phải méo dạng. -Nguyên nhân thứ 2: các lõi t ừ không những có đườ ng từ hóa là phi tuy ến. Chúng còn xu ất hi ện hiện tượ ng từ tr ễ. Hi ện tượ ng từ tr ễ và từ dư cũng là nguyên nhân khi thay đổi độ t ngột dòng IDC từ 200 mA xuống 0 mA thì đáp ứ ng thời gian lâu hơn nhiều so v ới tăng từ 0 đế n 200 mA Hiện tượ ng từ tr ễ: -Hiện tượ ng từ tr ễ là hi ện tượ ng bất thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đả o từ ở các vật liệu sắt từ do khả năng giữ lại từ tính của các vật li ệu sắt từ
4. Ứ ng dụng: -Các mạ ch khu ếch đại từ đầu tiên đượ c sử dụ ng r ộng rãi như một mạ ch cấ p ngu ồn kiểu chuyển mạch đầu tiên. Switched-mode power supplies (SMPS) và các m ạch điều khiển ánh sáng. -Trong công nghi ệ p, chúng có th ể đượ c dùng trong các mạch điều khiển dòng điện của các máy chỉnh lưu dòng điện cao, như máy xi mạ điện, máy nạ p bình ắc quy, dùng trong các b ộ điều hòa điện áp của máy phát điệ n lớ n... -Một số kiểu khu ếch đại từ ở nhữ ng vị trí cần độ tin cậy cao thí dụ như trong các bộ nguồn kiểu chuy ển mạ ch. -Bộ nguồn của máy vi tính ATX có sử dụng m ột b ộ khu ếch đại từ ở đầ u ra, xem như một bộ điều hòa điệ n áp thứ cấ p. -Có thể sử dụng để đo lường dòng điệ n một chiều trong mạch điện áp r ất cao. -Mạch khuếch đại từ còn đượ c ứng dụng r ộng rãi trong các b ộ ổn áp điệ n xoay chiều.