THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN - Bài 2 pdf

4
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Họ và tên : ………………………………………
Lớp : …………………………………………………
MSSV : ……………………………………………
BÀI 2
GÓC LỆCH PHA VÀ SỤT ÁP GIỮA NGUỒN VÀ TẢI

I. MỤC ĐÍCH :
♦ Điều chỉnh điện áp tải.
♦ Quan sát góc lệch pha giữa điện áp đầu nguồn và đầu tải của đường dây truyền tải.
♦ Quan sát sụt áp của đường dây khi điện áp đầu nguồn và đầu tải có cùng độ lớn.

II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT :

Trong bài thí nghiệm trước, chúng ta đã thấy tải trở hoặc kháng ở cuối đường dây truyền
tải làm ảnh hưởng rất lớn đến sụt áp. Trong thực tiễn, đường dây vận hành ở điện áp đònh mức
nhất đònh, chúng ta phải tìm cách điều chỉnh điện áp này. Động cơ, relay và thiết bò chiếu sáng
chỉ làm việc được ở điều kiện điện áp ổn đònh, gần với giá trò điện áp đònh mức của thiết bò.

Vì thế, chúng ta phải điều chỉnh điện áp ở cuối đường dây truyền tải trong phạm vi có
thể được. Một trong những phương pháp được áp dụng phổ biến là sử dụng tụ bù, như sẽ thấy ở
bài thí nghiệm này. Đây là một phương pháp điều chỉnh điện áp thực tiễn. Tụ bù tónh được
đóng ngắt trong ngày sao cho điện áp đầu nhận được giữ không đổi.
Đối với tải thuần kháng, tụ điện sẽ cung cấp công suất kháng bằng với công suất kháng
tiêu thụ bởi cuộn dây. Công suất kháng cuộn cảm tiêu thụ được cung cấp bởi tụ điện mà không
phải cung cấp bởi đường dây.
Đối với tải trở, công suất kháng mà tụ bù cung cấp để điều chỉnh điện áp không dễ dàng
tính toán. Trong bài thí nghiệm này, chúng ta sẽ quyết đònh công suất kháng bằng thực
nghiệm, điều chỉnh điện dung của tụ cho đến khi điện áp cuối đường dây bằng điện áp nguồn.
Cuối cùng, đối với tải tiêu thụ cả công suất thực và kháng (tải tổng quát), tụ điện phải
được điều chỉnh: đầu tiên để bù tải kháng, thứ hai - cho thành phần điện trở.

III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM :

Bộ nguồn (220/380V 3 pha, 0 – 220/380V 3 pha) EMS 8821
Bộ điện trở EMS 8311
Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 8329
Bộ điện dung EMS 8331
Bộ đo AC (250/500V) EMS 8426
Bộ đo công suất ba pha (300W/300Var) (2) EMS 8446
Đồng hồ đo góc pha EMS 8451
Các dây kết nối EMS 9128

IV. PHẦN THÍ NGHIỆM :
Bước 1: Điều chỉnh trở kháng của đường dây truyền tải đến 200Ω và nối đồng hồ đo
điện áp và công suất như trong hình 1. Tải được điều chỉnh trong suốt quá trình thí nghiệm.
Mạch được nối vào bộ nguồn ba pha thay đổi được điện áp.
Bước 2: Sử dụng tải trở ba pha, điều chỉnh E
1

= 300V và giữ nguyên giá trò này cho các
thí nghiệm tiếp theo. Tăng điện trở tải từng bước một và giữ cho ba pha cân bằng. Đọc và ghi
các số liệu vào bảng 1: E
1
, P
1
, Q
1
, E
2
, P
2
, Q
2
và góc lệch pha giữa E
1
và E
2
.

5
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i

ệ
n



Hình 1

Vẽ đồ thò E
2
=f(P
2
) (trên đồ thò 1). Trên đồ thò này, ghi những giá trò góc pha tương ứng
cho các giá trò công suất thực P
2
.
Bước 3: Bây giờ nối song song tải dung ba pha cân bằng với tải trở. Lặp lại thí nghiệm
giống như bước 2 nhưng đối với mỗi giá trò của tải trở, cần điều chỉnh tải dung sao cho điện áp
E
2
càng gần giá trò 300V càng tốt (E
1
luôn luôn luôn giữ không đổi là 300V). Ghi các kết quả
vào bảng 2.
Vẽ đồ thò E
2
= f(P
2
) trên cùng đồ thò được vẽ trong bước 2. Trên đường cong này, ghi
các giá trò góc lệch pha giữa E
2

và E
1
cũng như giá trò công suất phản kháng Q
2
được dùng cài
đặt từng tải dung riêng biệt.
Bước 4: Trong bước này chúng ta sẽ quan sát sụt áp đáng kể giữa đầu nguồn và đầu tải
của đường dây truyền tải khi E
1
và E
2
có cùng biên độ. Tại sao có sự sụt áp khi điện áp ở hai
đầu có cùng biên độ?
Sử dụng mạch như hình 2, điều chỉnh tải trở bằng 629Ω/pha với điện áp E
1
= 300V, điều
chỉnh tải dung đến giá trò sao cho điện áp E
2
càng gần giá trò 300V càng tốt. Đo các giá trò E
1
,
P
1
, Q
1
, E
2
, P
2
, Q

2
, E
3
và góc pha.
E
1
=_____ V; E
2
= _____ V; E
3
=_______V ; Pha = ____ °
P
1
=_____W; P
2
= _____W; Q
1
=______Var; Q
2
= _____ Var


Hình 2


6
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ

th
ố
ng
đ
i
ệ
n



Bảng 1
Điều chỉnh điện áp với tải trở
R
(Ω)
E
1

(V)
P
1

(W)
Q
1

(Var)
E
2

(V)

P
2

(W)
Q
2

(Var)
Góc
pha(°)
∞

4400
2200
1467
1100
880
733
Bước 2
629

Đồ thò 1

7
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

Bảng 2
Điều chỉnh điện áp với tải trở và tải dung tónh
R
(Ω)
X
C

(Ω)
E
1

(V)
P
1

(W)
Q
1

(Var)
E
2

(V)
P
2

(W)
Q
2

(Var)
Góc
pha(°)
∞

4400


2200


1467


1100


880
733
629

Bước 5: Dùng các kết quả ở bước 4, tính toán điện áp, dòng điện, công suất thực và
công suất phản kháng mỗi pha. Vẽ sơ đồ pha của các điện áp đầu nguồn và đầu tải và kiểm
nghiệm bằng tính toán độ sụt áp so với số liệu đo được.
Ví dụ:
Để hiểu kết quả ở bước 4, chúng ta hãy phân tích một kết quả đơn giản như sau:

E
1
= 300V E
2
= 300V E
3
= 140V
P
1
= +600W P
2
= +510W
Q
1
= +170Var Q
2
= -280Var
Góc pha = 48° (trễ)
Do mạch ba pha đối xứng, chúng ta chỉ xét 1 pha, giả sử mạch nối hình sao. Từ E
1
và E
2
là điện áp dây, điện áp pha tương đương bằng điện áp dây nhân với 0.577 (=1/
3
).
Công suất thực P
2
nhỏ hơn P
1
do tổn thất công suất I

2
R trên đường dây truyền tải
Nguồn phát ra công suất kháng 170 Var, trong khi tải cũng phát ra công suất kháng 280
Var. Vì thế, đường dây truyền tải hấp thụ công suất (170 + 280) =450 Var
Công suất thực và kháng một pha bằng 1/3 lần giá trò công suất ở trên. Các giá trò xét
trên một pha được tính như sau:
VE 1733/3003/
1
==
VE 1733/3003/
2
==
E
3
= 140V
P
1
/3 = +200W
P
2
/3 = +170W
Q
1
/3 = +57Var
Q
3
/3 = -93 Var
Góc pha = 48° (trễ)

V

E
173
3
1
=

8
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ
th
ố
ng
đ
i
ệ
n

V
E
173
3
2
=
Chọn E
1
/
°∠= 01733
⇒ E

2
/
°∠= 481733

⇒ VEE
141|3/3/|
21
=−









Hình 4
Giá trò này chính là sụt áp rơi trên đường dây. Từ đây, ta có nhận xét: mun điện áp 2
đầu đường dây bằng nhau điều đó không có nghóa là sụt áp trên đường dây bằng không. Chúng
ta phải lấy hai vectơ điện áp hai đầu đường dây trừ với nhau, sau đó lấy độ lớn vectơ thì mới
tính ra được sụt áp trên đường dây.
Công suất kháng nhận bởi đường dây (1 pha) là (93+57) = 57 Var
Công suất thực tổn hao trên đường dây (1 pha ) là (270 -170) = 30 W
Công suất biểu kiến hấp thu bởi đường dây (1 pha) là
VA15330150
22
=+

Từ sụt áp trên đường dây là 141V, dòng điện chạy trên đường dây truyền tải phải là

A
E
S
I 08.1
141
153
3
===
.
Dó nhiên, chúng ta có thể đo trực tiếp dòng điện này, nhưng đã có số liệu về công suất
thực và kháng truyền trên đường dây và điện áp thì có thể tính được mọi số liệu về đường dây.

V. CÂU HỎI KIỂM TRA:

1. Một đường dây truyền tải ba pha có điện kháng 100Ω/pha. Điện áp đầu đường dây là
100kV và điện áp cuối đường dây được điều chỉnh đến 100kV bằng tụ bù tónh nối song song
với tải đầu nhận là 50MW. Hãy tính:
a) Công suất kháng cung cấp bởi bộ tụ.
____________________________________________________________________________
b) Công suất kháng do nguồn cung cấp.
____________________________________________________________________________
c) Sụt áp của đường dây.
____________________________________________________________________________
d) Góc lệch pha điện áp giữa nguồn và tải.
____________________________________________________________________________
e) Công suất biểu kiến do nguồn cung cấp.
____________________________________________________________________________
2. Nếu tải 50MW trong câu hỏi 1 bò ngắt ra khỏi mạch, hãy tính điện áp đầu nhận của
đường dây.
____________________________________________________________________________

V
EE
141
33
21
=−

V
E
173
3
2
=

V
E
173
3
1
=

48
°


9
Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử
Tài liệu hướng dẫn thí
nghiệm h
ệ

th
ố
ng
đ
i
ệ
n

____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
3. Nếu đường dây truyền tải là thuần trở, chúng ta có thể nâng điện áp cuối đường dây
bằng cách sử dụng tụ bù được không? Giải thích.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________