zfn1670071262 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

Bài 3: THÍ NGHIỆM MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ
Sơ đồ thí nghiệm hình 3.1.

Hình 3.1 :Sơ đồ thí nghiệm Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích
từ

+ Sử dụng nguồn cung cấp là nguồn điện một chiều (DC) điều chỉnh được từ
0-220V.
+ Trên mô đun đo mô men tốc độ Prime move và đồng hồ đo dòng điện và
điện áp một chiều DC.
+ Dùng nguồn điện một chiều đầu 7-N, Vônkế E và Ampeké I1 đấu nối vổi
các cuộn dây của dây quấn phần ứng như hình 1 để đo Rư và sau đó cho dây quấn
kich thích song song (Shunt) để đo Rf.
+ Bật nguồn, xoay núm điều chỉnh tăng dần điện áp đặt vào hai đầu dây quấn
dể diện áp bằng (0.25; 0.50; 0.75; 1.0)Udm đối với dây quấn kích từ và dịng điện
bằng (0.1, 0.2, 0,3, 0.4)Idm đối với đây quấn phần ứng.
+ Ghi lại các trị số đo được trên E1 và I1 vào bảng số liệu 1.
+ Xoay núm điều chỉnh điện áp về vị trí min, tắt nguồn, tháo gỡ các dây nối.
Bảng 1
Mạch kích từ
E1
I1
Mạch phần ứng
E1
I1

2. Thí nghiệm máy phát một chiều
* Tính chất thuận nghịch trong máy điện một chiều.
37

Giả sử máy điện làm việc
ở chế độ máy phát, nối với
mạng có điện áp U = const và
sản ra mô men điện từ M có
tính chất hÃm đối với động cơ
sơ cấp kéo máy quay (hình 6 1a) .
Lúc đó dòng điện phần
ứng :
Iu

+

+
U=const

-

-

n

M I

n

E

E

-

Eu U
Ru , nghÜa lµ:

M I

I

+

-

I +

It

E = U + IR (E >U) .
Nếu ta giảm s.đ.đ E bằng
cách giảm từ thông hoặc tốc
độ n đến lúc E < U thì dòng
điện I sẽ đổi chiều. Do điện
áp U của mạng không đổi
chiều nên dòng điện kích từ
và do đó từ thông cũng
không đổi chiều. Nh vậy mô
men điện từ M = CM I đổi

a)

It

b)

Hình 3.2
Sự làm việc của máy điện một chiều
a)) Trong chế độ động cơ
b) Trong chế độ máy phát

dấu, nghĩa là cùng chiều với chiều tốc độ quay n (hình 6 1b) và từ mô men
hÃm đà trở thành mô men quay. Máy đà chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ
động cơ và tiếp tơc quay theo chiỊu cị, víi cùc tÝnh cđa cùc từ giữ nguyên nh trớc.
Nếu tách động cơ sơ cấp ra, ta có động cơ điện nối theo sơ đồ bình thờng, có phơng
trình cân bằng điện áp: U = E + IR .
2.1. Máy phát điện một chiều kích t c lp
* c tớnh ngoi
Khi dòng điện tăng, điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng, mặt khác do phản
ứng phần ứng cũng tăng theo dòng điện nên s.đ.đ E giảm, kết quả là điện áp U đầu
cực máy phát giảm xuống. Đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập có
dạng nh trên hình
U
E
U0

Uđm
IR

U

IR

0

I

I

Hình3.3 Đặc tính ngoài của
máy phát
điện kích thích độc lập

38


Hiệu số điện áp khi không tải (I = 0) và khi tải định mức (I = Iđm) với (It = Itđm)
đợc gọi là độ biến đổi điện áp định møc:
U dm % 

U 0  U dm
100.
U dm
ë m¸y phát điện kích thích độc lập

U dm % 5 15%.

* Đặc tính điều chỉnh:
U = const, n = const.

It

It = f(I) khi
It0

Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều
chỉnh dòng kích thích thế nào để giữ cho
điện áp đầu ra của máy phát không đổi khi
tải thay đổi. Đặc tính điều chỉnh của máy
phát điện một chiều kích thích độc lập đợc
trình bày trên hình

0

I

Hình 3.4
Đặc tính ngoài của máy phát
điện kích thích độc lập

Từ hình 3.4 ta thấy, khi tải tăng thì cần phải tăng It để bù đợc điện áp rơi trên R
và ảnh hởng của phản ứng phần ứng, giữ cho U = const. Ngợc lại, khi tải giảm cần
phải giảm It.
Từ không tải (I=0) với U = Uđm đến tải định mức (I = Iđm) thờng phải tăng
dòng điện kích thích lên 15 25%. Đặc tính ngắn mạch là trờng hợp đặc biệt của
đặc tính điều chỉnh khi U = 0
* Đắc tính t¶i: U = f(It) khi I = const, n = const
Khi có tải, điện áp trên cực của máy phát điện nhỏ hơn s.đ.đ do có điện áp rơi
trên dây quấn phần ứng I.R. Vì vậy đờng đặc tính tải (đờng1) biểu thị trên hình 3.5
nằm dới đờng đặc tính không tải (đờng 2) trên hình 3.5.
Nếu từ điểm a ứng với U = Uđm trên đặc tính tải ta đặt lên phía trên một đoạn
ab thẳng đứng bằng điện áp rơi I.R trên dây quấn phần ứng và kẻ đoạn nằm ngang

cắt đờng đặc tính không tải tại c. Nối a với c ta đợc tam giác abc gọi là tam giác
đặc tính.
d

U
2

Uđm

c/

c

b

b/

1

a

3

a/

k
0

It3 It2

e

It

It1

Hình 3.5: Đặc tính tải của máy phát điện kích thích độc lập

39


Từ hình 3.5 ta thấy, ứng với dòng điện kích thích It1, khi không tải điện áp là
U0 = de, còn khi mang tải định mức thì điện áp giảm đến Uđm = ae. Nh vậy đoạn
thẳng da biểu thị độ biến đổi điện áp định mức Uđm. Nguyên nhân của sự sụt áp là
do điện áp rơi trong dây quấn phần ứng IR và do ảnh hởng của phản ứng phần ứng
khử từ.
Trên đồ thị hình 3.5 , đờng 3 biểu thị đặc tính E = f(It) khi máy mang tải. S.đ.đ
này bé hơn điện áp U0 khi không tải là do ảnh hởng của phản ứng phần ứng khử từ.
* Cần chú ý rằng đặc tính không tải là một trờng hợp đặc biệt của đặc tính tải
với I=0. Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ:

Hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ độc lập

+ Đấu nối sơ đồ thí nghiệm như hình 3.6.
- Dùng Il, để đo dòng điện tải
- Dùng El để đo điện áp mạch phần ứng
- Dùng E2, để đo điện áp mạch kích từ
- Nguồn một chiều 220 VDC khơng điều chỉnh cấp cho mạch kích từ
- Dùng động cơ sơ cấp Prime Mover truyền động cho máy phát.
- Biến trở Rdc để ở vị trí lớn nhất (1000 Ω).

- Cơng tắc MODE để vị trí Prime Mover.
- Cơng tắc DISPLAY để vị trí Speed (n).
40


- Tải của máy phát là điện trở R (4400 Ω, 2200 Ω, 1100 Ω)
Trình tự tiến hành:
+ Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặc vào động cơ sơ
cấp (Pime mover) đạt đến tóc dộ n = ndm của máy phát điện một chiều.
+ Điều chỉnh Rdc để tăng dịng điện kích từ cho đến khi điện áp đầu cực máy
phát bằng 1.2Uđm. trong q trình tăng dịng kích từ It đọc số liệu trên mô dun đo
mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu),
* Thí nghiệm có tải: (hình 3.6)
Trình tự tiến hành như sau:
+ Làm giống như thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng
Udm.
+ Đấu nối sơ đồ thí nghiệm như hình 3.6 Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một
chiều kích từ độc lập
- Dùng Il, để đo dịng điện tải
- Dùng El để đo điện áp mạch phần ứng
- Dùng E2, để đo điện áp mạch kích từ
- Nguồn một chiều 220 VDC không điều chỉnh cấp cho mạch kích từ
- Dùng động cơ sơ cấp Prime Mover truyền động cho máy phát.
- Biến trở Rdc để ở vị trí lớn nhất (1000 Ω).
- Cơng tắc MODE để vị trí Prime Mover.
- Cơng tắc DISPLAY để vị trí Speed (n).
- Tải của máy phát là điện trở R (4400 Ω, 2200 Ω, 1100 Ω)
Trình tự tiến hành:
+ Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặc vào động cơ sơ
cấp (Pime mover) đạt đến tóc dộ n = ndm của máy phát điện một chiều.

+ Điều chỉnh Rdc để tăng dịng điện kích từ cho đến khi điện áp đầu cực máy
phát bằng 1.2Uđm.
+ Đóng K để tăng dần tải cho đến khi tải định mức, trong quá trình tăng tải nếu
điện áp sụt thì phải tăng dịng điện kích từ để U = Uđm. Trong quá trình tăng tải
nếu tốc độ n giảm thì phải điều chỉnh để n = nđm. Sau đó giảm dần tải, trong quá
giảm tải đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng
số liệu),. Sau đó mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 2.
* Thành lập đặc tính điều chỉnh: (hình 3.6)
- Trình tự tiến hành như sau:
+ Làm giống như thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng
Uđm.
41


+ Đóng K để tăng dần tải. Mổi lần tăng tải, nếu điện áp U và tốc độ n giảm thì
phải điều chỉnh dịng điện kích từ và động cơ sơ cấp để giữ U và n bằng định mức.
đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu),
Bảng 2:
Khơng tải I1=0 (A)
I2
(A)
E
1(V)

Có tải I1=............ (A)
I2
(A)
E
1(V)

Thành lập đặc tính điều chỉnh
I1
(A)
I2
(A)
2.2. Máy fát điện một chiều kích từ song song;

Máy phát điện một chiều kích thích song song là loại máy phát điện một chiều
có ứng dụng rộng rÃi nhất vì không đòi hỏi nguồn điện riêng để kích thích và giữ đợc điện áp ổn định trong giới hạn của phụ tải bình thờng.
Điều kiện để máy phát ®iƯn mét chiỊu kÝch thÝch song song tù kÝch thÝch và
thành lập điện áp là:
Hệ thống từ của máy phát điện phải có từ d;
Dây quấn kích từ phải đợc nối sao cho từ thông do nó sinh ra phải cïng chiỊu
víi tõ th«ng d;
42


Điện trở trong mạch kích thích phải nhỏ hơn điện trở tới hạn;
Tốc độ quay của phần ứng phải lớn hơn tốc độ quay tới hạn và phải quay
đúng chiều.
Đặc tính khơng tải: U0 = E = f(It) với I = 0 và n = const.
Rpt

A

U0
CD

2

V

a)
-

I

1

b)

+

I

Ud
A

It

0

I

rt

Hình 3.7.
Sơ đồ thí nghiệm (a) và đặc tính khụng tải(b) của máy
phát điện một chiều kích thích song song

Khi khơng tải, trong máy phát điện một chiều kích thích song song vẫn có
dịng điện I = It không vợt quá 1  3%Iđm nên không gây ra thay đổi đáng kể cho
điện áp. Do vậy đặc tính khơng tải của máy điện một chiều kích thích song song về
cơ bản khơng khác đặc tính khơng tải của máy phát điện một chiều kích thích độc
lập. Tuy nhiên, vì máy phát điện một chiều kích thích song song chỉ tự kích thích
đợc theo một chiều nên đặc tính khơng tải của nó chỉ đợc thành lập theo một chiều
(hình 5-9b).
* Đặc tính tải: U =f(It) với I = const, n= cosnt.
Cũng giống nh trong máy phát điện một chiều kích thích độc lập, đặc tính tải
của phát điện một chiều kích thích song song nằm phía dới về bên phải của đờng
đặc tính khơng tải. Phần đờng thẳng của đặc tính tải ứng với miền làm việc không
ổn định của máy và không thể xây dựng đợc ở những giá trị điện áp thấp.
* Đặc tính ngồi: U =f (I) khi rt = cosnt , n = cosnt.

43


Đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích song song đợc trình
bày trên hình 5-10 (đờng số 2). Để tiện so sánh, trên hình đó cũng vẽ đặc tính
ngồi của máy phát điện kích thích độc lập (đờng 1). Ta thấy khi tải tăng, điện áp
của máy phát kích thích song song giảm nhiều hơn so với điện áp của máy phát
kích thích độc lập, vì ngồi ảnh hởng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên R,
trong máy phát kích thích song song s.đ.đ E cịn giảm theo dịng điện kích từ It. Vì
vậy độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích song song lớn hơn độ thay đổi
điện áp của máy phát kích thích độc lập. ở máy phát kích thích song song, thờng
U dm  10  12%U dm .

Điểm đặc biệt ở máy phát kích
thích song song là dịng điện tải chỉ
tăng đến một giá trị nhất định I =

Ith, sau đó nếu tiếp tục giảm điện trở
Rpt ở mạch ngồi thì dịng điện I
khơng tăng mà giảm nhanh đến trị
số I0 xác định bởi từ d của máy
(ứng với điểm P trên hình 5-10).
Sở dĩ như vậy là do máy làm
việc trong tình trạng khơng bão hồ
ứng với đoạn thẳng của đờng cong
từ hố, dịng điện It giảm làm cho
E, U giảm rất nhanh. Điện áp U
giảm nhanh hơn Rpt dẫn đến kết quả
là dòng điện tải I giảm đến trị số I0
nh đã nói ở trên.

U
Uđm

Uđm

1
2
K

I

P
0

I0

Iđm

Ith

Hình 3.8 Đặc tính ngồi của
máy MFĐ một chiều kích thích
song song (2) và máy MFĐ một
chiều kích thích độc lập (1)

Nh vậy ta thấy rằng sự cố ngắn mạch ở đầu cực máy phát kích thích song
song khơng gây nguy hiểm nh ở trờng hợp máy phát kích thích độc lập.
Nh vậy đặc tính ngồi của phát điện một chiều kích thích song song chia làm
hai phần: phần trên ứng với sự làm việc ổn định của máy phát điện, phần dới (đoạn
KP) ứng với tình trạng làm việc khơng ổn định.
Thông thờng các máy phát điện thờng đợc thiết kế sao cho dòng điện tới hạn
Ith vào khoảng 2  2,5 Iđm .
* Đặc tính điều chỉnh.
Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích song giống nh đặc
tính điều chỉnh của phát điện một chiều kích thích độc lập. Điều cần chú ý là đối
với máy điện kích thích song song, khi tải tăng điện áp bị sụt nhiều hơn nên mức
độ tăng dịng điện kích thích phải nhiều hơn, do đó đặc tính điều chỉnh sẽ dốc hơn.
Đối với máy phát điện một chiều kích thích song khi U = 0 thì It = 0 nên
khơng xây dựng đợc đờng đặc tính ngắn mạch.

44


Sơ đồ thí nghiệm như hình 3.9:

Hình 393: Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ song song

Thí nghiệm khơng tảỉ:(hình 3.9)
Trình tự tiến hành như sau:
+ Để biến trở điều chỉnh Rdc, ở vị trí lớn nhất (1000Ω).
+ Hở K, bật nguồn và điều chỉnh để tăng dần điện áp U đặt vào động cơ sơ cấp
đến đạt tốc độ n = ndm của MF.
+ Giảm Rđc để tăng dịng điện kích thích cho đến khi điện áp đầu cực MF
bằng 1,2.Udm trong quá trình tăng U, đọc số liệu trên mô dun đo mô men tốc độ
và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu),
* Thí nghiệm có tải: (hình 3.9 )
- Trình tự tiến hành như sau:
+ Làm giống như thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp.
+ Đóng K để tàng dần tải cho đến khi tải định mức. Trong quá trình tăng tải,
đưa con trỏ chuột đến nút record data, nhắp chuột để ghi kết quả đo được vào
máy tính. Trong quá trình tâng tải nếu tốc dộ n giảm thì phải điều chỉnh diện áp
để n = nđm .Sau đó mở bảng số liệu đo được ghi vào bảng 3 (hoặc dùng máy in
để in bảng số liệu).
* Thành lập đặc tính điều chỉnh: (hình 3.9 )
Trình tự tiên hành như sau:
+ Làm giống như thí nghiệm khơng tải để thành lập điện áp, nhưng chỉ bằng
Udm.
+ Đóng K để tăng dần tải. Mổi lần tăng tải, nếu điện áp U và tốc độ n giảm thì
phải điều chỉnh để giữ U và n bằng định mức. đọc số liệu trên mô dun đo mô men
tốc độ và đồng hồ đo để ghi vào bảng số liệu),

45


Bảng 3:
Khơng tải I=0 (A)

I=I1
U
=E1
Có tải I=............(A)
It
=I2
I=I1
U
=E1
Thành lập đặc tính điều chỉnh Ikt=f(I)
It
=I2
I
=I1

46