may dien 2 p1 8614 Phương pháp chỉnh định, Chỉnh định bộ điều khiển PID, Điều khiển PID theo miền, Chỉ số dao động mềm, Dao động mềm cho trước

LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình Máy điện 2 được biên soạn trên cơ sở chương trình khung của nghề
điện CN, giáo trình giảng được viết cho đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng nghề và
trung cấp nghề ở sơ cấp nghề có thể sử dụng được
Chương trình khung đào tào nghề ĐCN năm 2011 được TCDN ban hành và
cho phép sử dụng. giáo trình Máy điện 2 là một trong những giáo trình chun
mơn nghề quan trọng trong chương trình đào tạo hệ Cao đẳng nghề và trung cấp
nghề.Vì vậy giáo trình đã bám sát chương trình khung của nghề nhằm đạt mục tiêu
đào tạo của nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt và hiệu
quả. Giáo trình Máy điện 2 được xây dựng với sự tham gia của các giáo viên trong
khoa Điện- Trường CĐN Yên Bái
Tập bài giảng này dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho các giáo viên và
sinh viên hệ cao đẳng nghề và trung cấp nghề điện CN. Đồng thời cũng là tài liệu
tham khảo cho các giaó viên và học sinh ngành điện giảng dạy và học tập các hệ
đào tạo ngắn hạn và dài hạn khác ở trong trường
Giáo trình chính thức được áp dụng trong hệ thống đào tạo của trường cao
đẳng nghề Yên Bái.

1


Bài mở đầu: NỘI QUY PHÒNG THI NGHIỆM
ĐIỀU I: NỘI QUY

1. Tn thủ mọi nội quy an tồn của phịng thí nghiệm.
2. Nắm vững lý thuyết và đọc kỹ tài liệu hướng dẫn bài thực nghiệm.
3. Làm bài chuẩn bị trước mỗi buổi thí nghiệm. Sinh viên khơng làm bài chuẩn
bị theo đúng yêu cầu sẽ không được vào làm thí nghiệm và xem như vắng buổi thí
nghiệm đó.
4. Đến phịng thí nghiệm đúng giờ quy định và giữ trật tự chung. Trễ 15 phút
khơng được vào thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó.

5. Mang theo thẻ sinh viên và gắn bảng tên trên áo.
6. Tắt điện thoại di dộng trước khi vào phịng thí nghiệm
.ĐIỀU II. VÀO PHỊNG THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Cất cặp, túi xách vào nơi quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phịng
thí nghiệm.
2. Khơng mang thức ăn, đồ uống vào phịng thí nghiệm.
3. Ngồi đúng chỗ quy định của nhóm mình, khơng đi lại lộn xộn.
4. Khơng hút thuốc lá, không khạc nhổ và vứt rác bừa bãi.
5. Không thảo luận lớn tiếng trong nhóm.
6. Khơng tự ý di chuyển các thiết bị thí nghiệm
ĐIỀU III. KHI TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM SINH VIÊN PHẢI:

1. Nghiêm túc tuân theo sự hướng dẫn của cán bộ phụ trách.
2. Ký nhận thiết bị, dụng cụ và tài liệu kèm theo để làm bài thí nghiệm.
3. Đọc kỹ nội dung, yêu cầu của thí nghiệm trước khi thao tác.
4. Khi máy có sự cố phải báo ngay cho cán bộ phụ trách, không tự tiện sửa
chữa.
5. Thận trọng, chu đáo trong mọi thao tác, có ý thức trách nhiệm giữ gìn tốt
thiết bị.
6. Sinh viên làm hư hỏng máy móc, dụng cụ thí nghiệm thì phải bồi thường
cho Nhà trường và sẽ bị trừ điểm thí nghiệm.
7. Sau khi hồn thành bài thí nghiệm phải tắt máy, cắt điện và lau sạch bàn
máy, sắp xếp thiết bị trở về vị trí ban đầu và bàn giao cho cán bộ phụ trách.
ĐIỀU IV.

1. Mỗi sinh viên phải làm báo cáo thí nghiệm bằng chính số liệu của mình thu
thập được và nộp cho cán bộ hướng dẫn đúng hạn định, chưa nộp báo cáo bài
trước thì khơng được làm bài kế tiếp.
2

2. Sinh viên vắng quá 01 buổi thí nghiệm hoặc vắng không xin phép sẽ bị cấm
thi.
3. Sinh viên chưa hồn thành mơn thí nghiệm thì phải học lại theo quy định
của phịng đào tạo.
4. Sinh viên hồn thành tồn bộ các bài thí nghiệm theo quy định sẽ được thi
để nhận điểm kết thúc môn học.
ĐIỀU V.

1. Các sinh viên có trách nhiệm nghiêm chỉnh chấp hành bản nội quy này.
2. Sinh viên nào vi phạm, cán bộ phụ trách thí nghiệm được quyền cảnh báo,
trừ điểm thi. Trường hợp vi phạm lặp lại hoặc phạm lỗi nghiệm trọng, sinh viên sẽ
bị đình chỉ làm thí nghiệm và sẽ bị đưa ra hội đồng kỷ luật nhà trường.

3


Bài 1: THÍ NGHIỆM MÁY BIẾN ÁP
1. Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên ly làm việc máy biến áp
1.1. Cấu tạo
1.1.1 Máy biến áp một pha
Máy biến áp một pha đơn giản gồm có 2 phần chính:
a. Lõi thép ( mạch từ )
Được ghép bằng nhiều lá thép kỹ thuật điện, bề dày mỗi lá từ (0,35-:- 0,5) mm.
Giữa các lá thép được cách điện với nhau bằng sơn cách điện và được ghép lại
thành một mạch từ kín. Đoạn mạch từ trên có quấn các cuộn dây gọi là trụ.
Mạch từ của máy biến áp thường có hai dạng sau
- Mạch từ không phân nhánh ( máy biến áp kiểu trụ )
- Mạch từ phân nhánh ( máy biến áp kiểu bọc )

b. Dây quấn ( mạch điện)
Gồm 2 cuộn dây quấn quanh lõi thép. Cuộn nối với nguồn điện gọi là
cuộn sơ cấp có số vịng w1, cuộn nối với phụ tải gọi là cuộn thứ cấp có số vịng w2
.
Máy biến áp hạ áp có cuộn sơ cấp là cuộn cao áp dây dẫn có tiết diện
nhỏ số vòng nhiều, cuộn thứ cấp là cuộn hạ áp dây dẫn có số vịng ít, tiết diện to .
Với máy biến áp tăng áp thì ngược lại .
Ngồi cuộn dây và lõi thép máy biến áp 1 pha cịn có vỏ máy, bộ phận điều
chỉnh điện áp
1.1.2. Máy biến áp ba pha
Máy biến áp 3 pha lõi thép có 3 trụ, trên mỗi trụ đều quấn cuộn sơ cấp
và thứ cấp mỗi pha . Ký hiệu các đầu dây ra đối với cuộn dây cao áp được ký hiệu
bằng chữ in hoa A, B, C với đầu đầu, X, Y, Z với đầu cuối. Các cuộn dây điện áp
thấp được ký hiệu bằng chữ in thường a, b, c với đầu đầu x, y, z với đầu cuối .
Ngồi cuộn dây và lõi thép máy biến áp cịn có vỏ máy, bộ phận điều
chỉnh điện áp, dầu máy biến áp, van phòng nổ...
1.2. Nguyên ly làm việc
Nối cuộn dây sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1 . Dòng điện
xoaychiều I1 đi trong cuộn dây sơ cấp sẽ sinh ra trong mạch từ một từ thơng xoay
chiều m . Do mạch từ khép kín nên từ thơng này móc vịng qua các cuộn dây
của máy biến áp.
Theo định luật cảm ứng điện từ trong các cuộn dây sẽ xuất hiện các sđđ cảm
ứng :

4


- S.đ.đ cảm ứng trong cuộn sơ cấp là e1:

e1   w1.

- S.đ.đ cảm ứng trong cuộn thứ cấp là e2:

d
d ( m sin t )
  w1 .
dt
dt

e2   w2 .

d
d ( m sin t )
 w 2 .
dt
dt

lấy đạo hàm ta có:
- Dây quấn máy biến áp nối Y/Y thì
k

3U p1 W1
U d1


Ud 2
3U p 2 W2

(2 - 4)

- Dây quấn máy biến áp nối Y/  ( sơ cấp nối Y, thứ cấp nối  )
k

3U p1
U d1
W

 3 1
Ud2
U p2
W2

(2 - 5)

- Dây quấn nối  /  thì
k

U d 1 U p1 W1


U d 2 U p 2 W2

(2 - 6)

* Chú ý: Cùng một máy biến áp có thể sử dụng làm máy biến áp tăng áp hay
máy biến áp giảm áp, tuỳ theo ta nối nguồn điện phù hợp vào cuộn dây ít vịng hay
cuộn dây nhiều vịng .
2. Thí nghiệm đặc tính khơng tải của máy biến áp 1 pha.
2.1 Chế độ khơng tải của máy biến áp
M¸y biÕn ¸p làm việc ở chế độ không tải là máy biến áp ở trạng thái cuộn dây

sơ cấp nối vào nguồn điện xoay chiều có điện áp U1, cuộn dây thứ cấp để hở mạch,
dòng điện thứ cấp I2 = 0 .
Dòng điện trong cuộn dây sơ cấp lúc này gọi là dòng điện không tải I0 . Dòng
điện I0 tạo ra từ trờng cuộn sơ, phần lớn từ thông m khép kín mạch trong lõi thép
qua cả cuộn sơ và cuộn thứ , đó là phần từ thông cơ bản.

m
W1

U1

W2

t1

U 2o

Hình 4- 1

Một phần rất nhỏ của từ trờng cuộn sơ là t1( từ thông tản ) chỉ khép kín
mạch qua cuộn sơ . Từ thông m và t1làm sinh ra trong cuộn sơ các s.đ.đ tơng
5


ứng là E1 và Et1. Khi máy biến áp làm việc không tải dòng I0 trong cuộn sơ chỉ
nhỏ bằng ( 3- 10 ) % Iđm . Khi máy biến áp vận hành không tải, mặc dù công suất
phía thứ cÊp ®a ra b»ng 0 ( P2= 0 ), nhng máy vẫn tiêu thụ công suất đó là phần
năng lợng tổn hao trong mạch từ gọi là tổn hao sắt ( do hiện tợng từ trễ và dòng
điện xoáy ). Tổn hao trên điện trở dây quấn không đáng kể . Mặt khác công suất
tác dụng trong trờng hợp này rất nhỏ so với công suất phản kháng, do đó hệ số

cos rất thấp . Vì vậy không nên cho máy biến áp vận hành không tải hoặc non
tải.
Phng trình và mạch điện thay thế của MBA
U1=I0 . Z0
Trong đó Z0 là tổng trở khơng tải của MBA
2.2 Thí nghiệm khơng tải máy biến áp
Thí nghiệm khơng tải là để xác định hệ số không tải k, tổn hao sắt từ trong lõi
thép và các thông số của máy ở chế độ khơng tải

Hình 1.1 Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải

Sơ đồ nối dây thí nghiệm khơng tải (hình 1.1). Đặt điện áp U1 = U1đm vào dây
quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: p 0 là cơng
suất tổn hao khơng tải; I0 là dịng điện khơng tải; còn Ulđm và U 20 là điện áp sơ cấp
và thứ cấp. Từ đó ta tính được:
k

a)

Hệ sơ biến áp k:

U 1dm
U 20
i0 0 0 

b) Dịng điện khơng tải phần trăm :

I0
I1dm

100 0 0  (1  10) 0 0

2
c) Tổn hao trong lõi thép : pFe  P0  r1I 0  P0

đ) Tổng trở không tải
r0  r1  rm 

+ Điện trở không tải:

P0
I 02

Do rm » r1 nên gần đúng lấy bằng: rm = r0 – r1
6


Z0 

+ Tổng trở không tải:

U1dm
I0

2
2
+ Điện kháng không tải. x0  x1  xm  z0  r0

+ Điện kháng từ hóa xm >> x1| nên lấy gần đúng bằng: xm = x0
cos  

e) Hệ số công suất khơng tải

P0
U 1dmI 0

3. Thí nghiệm chế độ ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha
3.1 Chế độ ngắn mạch của máy biến áp cảm ứng 1 pha
Chế độ ngắn mạch máy biến áp là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, sơ cấp đặt
vào một điện áp. Trong vận hành, nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bị ngắn
mạch như hai dây dẫn phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau
bằng tổng trở rất nhỏ. Đấy là tình trạng sự cố.
Phương trình và mạch điện thay thế máy biến áp khi ngắn mạch
Khi máy biến áp ngắn mạch U 2 = 0, mạch điện thay thế máy biến áp vẽ trên
hình 1.5. Dịng diện sơ cấp là dịng điện ngắn mạch in
Phương trình điện áp của mba ngắn mạch:
.

.

.

U 1  I n ( rn  jxn )  I n zn

(1.6)

3.2 Thí nghiệm ngắn mạch.
Thí nghiệm ngắn mạch là để xác định điện áp ngắn mạch phần trăm U n%, tổn
hao đồng định mức Pđdm, hệ số công suất cosφ, điện trở ngắn mạch rn và điện
kháng ngắn mạch xn của mạch điện thay thế mba. Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch vẽ

trên hình 1.5.
Tiến hành thí nghiệm như sau: Dây quấn thứ cấp nói ngắn mạch, dây quấn sơ
cấp nối vổi nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp. Ta diều chỉnh điện áp vào dây quấn
sơ cấp bằng Un sao cho dòng điện trong các dây quấn bằng định mức. Điện áp Un
gọi là điện áp ngắn mạch. Lúc dó các dụng cụ đo cho ta các số liệu sau: Un là điện
áp ngắn mạch; pn là tổn hao ngắn mạch; I1dm và I2dm là dòng điện sơ cấp và thứ cấp
định mức.

7


Hình 1.2 Mạch điện thay thế m.b.a khi ngắn mạch và Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch

a) Tơn hao ngắn mạch
Lúc thí nghiệm ngắn mạch, điện áp ngắn mạch U n nhỏ nên từ thơng Φ nhỏ, có
thể bỏ qua tổn hao sắt từ. Cơng suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn chính
là tổn hao trên điện trở hai đây quấn khi mba làm việc ỏ chế độ định mức. Ta có:
Pn  r1I12dm  r2 I 22dm  rn I n2

(1.7)

b) Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch.
zn 

+ Tổng trở ngắn mạch:

Un
I1dm
Pn
I12dm

(1.9)

xn  z n2  rn2

(1.10)

rn  r1  r2, 

+ Điện trở ngắn mạch:
+ Điện kháng ngắn mạch:

(1.8)

,
,
Trong m.b.a thưòng r1  r2 và x1  x2 . Vậy điện trỏ và điện kháng tản của dây

quấn sơ cấp:

r1  r2, 

rn
x
x1  x2,  n
2 và
2

cos  n 

c) Hệ sô công suât ngắn mạch :

Pn
U1I1dm

d) Điện áp ngắn mạch

8


- Điện áp ngắn mạch phần trăm:

Un 00 

z n I1dm
100 0 0
U1dm

- Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm :
- Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm :

(1.11)
U nr 0 0 

rn I1dm
100 0 0
U1dm

U nx 0 0 

xn I1dm
100 0 0
U1dm

4.Thí nghiệm xác định cực tính của máy biến áp cảm ứng
Đấu nối tiếp cuộn dây đã biết cực tính vào cuộn dây muốn biết cực tính. Cho
một điện thế AC vào cuộn 1 ( 6-12V). Đo điện thế ở mỗi cuộn và điện thế tổng ở 2
đầu nút. Nếu điện thế tổng lớn hơn điện thế của 2 cuộn thì 2 cuộn cùng cực tính,
nếu nhỏ hơn hiệu điện thế của 2 cuộn thí ngược cực tính
Nếu 2 cuộn dây có số vịng chênh lệch q nhiều thì ta nên xác định cuộn nào
có số vịng cao hơn để cho điện thế vào. Khơng nên cho điện thế AC vào cuộn có
số vịng thấp
5. Chỉnh lưới điện áp thứ cấp máy biến áp cảm ứng
Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm của điện áp. Điều chỉnh
thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉnh định của các thiết bị điều chỉnh sơ
cấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện và các máy
biến áp điều áp dưới tải trong miền. Quá trình này tiến hành trong vịng 3 phút
Vì dịng điện qua cuộn dây sơ cấp nhỏ nên dòng điện đi qua tiếp điểm của bộ
điều chỉnh điên áp cũng nhỏ do đó kích thước của bộ điều chỉnh điện áp cũng giảm
đi, dễ chế tạo và giảm giá thành. Vì bộ ĐCĐA được chế tạo theo kiểu phân nấc
nên có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp gần bằng định mức
Các máy biến áp 3 pha thơng dụng khơng có u cầu ổn định điện áp nên
thường hay dung bộ ĐCDA 3 pha kiểu đơn giản có từ 3 đến 5 đầu phân nấc, khơng
cho phép điều chỉnh điện áp khi máy biến áp vận hành mang tải, Mỗi khi thay đổi
đầu phân nấc điều chỉnh điện áp phải cắt toàn bộ điện máy biến áp . Bộ ĐCĐA có
cấu tạo đặc biệt có thê điều chỉnh điện áp ngay cả khi mang tải
6. Thí nghiệm máy biến áp tự ngẫu.
6.1

Mô tả các thiết bị:

- Nguồn điện 1 pha 220 VAC; Máy biến áp tự ngẫu INPUT: 220/380 V
AC; OUTPUT: 0 – 220 VAC; biển đổi điện áp thứ cấp nhờ vào núm vặn của máy;
Máy biến áp thường 110/ 220 VAC . Tải thay đổi được là 3 bóng đèn 220V - 60W
và 5 điện trở đóng mở nhờ các cơng tắc và 5 tụ điện (C=12 µF); Máy đo cosφ ;
Vơn kế; Am-pe kế.
6.2 Tiến hành thí nghiệm:
6.2.1 Thí nghiệm khơng tải:
- Để cơng tắc nguồn ở trạng tắt (CB ỏ’ vị trí OFF).
9


- Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0”
- Nối mạch điện như hình 1.4.

Hình 1.4 : Sơ đồ ngun lý thí nghiệm khơng tải

- Bật cơng tắc nguồn (CB ờ vị trí ON)
- Vặn từ từ núm điều chỉnh điện áp đồng thời theo dõi vôn kế cho đến khi
U20=U2dm . Ghi các giá trị I10, U10, U20, và trị số cosφ0 vào bảng 4.1.
Bảng 4.1 Sổ liệu thí nghiệm máy biển áp ở chế độ khơng tải.
I0[A]

U10[V]

U20(V)

P0[W]

Cosφ0

* Hãy tính các thơng số sau:
- Tỷ số biến áp k = .............
- Dịng điện khơng tải phần trăm i0% = ..........
- Điện trở không tải R0 = ..............
- Tổng trở không tải Z0 =..............
- Điện kháng không tải X0 =..............
- Hệ số công suất không tải Cosφ = ................
- Vặn núm điều chinh điện áp về vị trí “0”.
- Bậc cơng tắc nguồn ờ vị trí OFF
6.2.2. Thí nghiệm có tải:
6.2.2.1. Tải thuần trở R.
- Kết nối mạch điện theo sơ đồ hình 1.5
- Để cơng tắc nguồn ở trạng thái tắt (CB ờ vị trí OFF).
- Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí “0”

10