Báo Cáo Thí Nghiệm Cơ Sở Kỹ Thuật Điện

Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
I.

MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
Bài thí nghiệm giới thiệu cho sinh viên phương pháp thực hiện các thí nghiệm: không tải, ngắn

mạch của máy điện một chiều nhằm xác định được các thông số trên mạch tương đương thay thế cho
máy điện một chiều. Sinh viên cũng được làm quen với nguyên tắc thống kê trong thu thập dữ liệu, để
đảm bảo độ tin cậy nhất định của dữ liệu thí nghiệm.

II.

CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

1. Giới thiệu máy điện một chiều:
Máy điện một chiều có phần cảm trên stator (phần kích từ đứng yên), và phần ứng trên rotor (phần
chuyển động quay). Phần cảm tạo từ thông kích từ bằng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện một
chiều.

Hình 5. 1 - Hình ảnh máy điện một chiều
Ở chế độ động cơ, nguồn điện một chiều được cấp vào phần ứng, máy điện một chiều biến đổi điện
năng thành cơ năng làm quay rotor để kéo tải cơ.

Ra

Ia
If
Rkt

G..If = E


f

Va
Vf

Hình 5. 2 - Mạch tương đương động cơ một chiều
Ngược lại, ở chế độ máy phát, máy điện một chiều sẽ biến đổi nguồn cơ năng kéo quay rotor thành
nguồn điện áp một chiều trên phần ứng để cấp cho tải điện.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 1/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



Ra
Ia

If

IL

Rf

Vf

f

E = G..If

Va

RL

Tải

Hình 5. 3 - Mạch tương đương máy phát điện một chiều

2. Thí nghiệm với Máy điện một chiều
THÍ NGHIỆM 1: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH


Mục tiêu: Xác định điện trở phần ứng Ra của máy điện một chiều.



Phương pháp: Theo mạch tương đương của động cơ ở Hình 5. 2, tiến hành thí nghiệm ngắn

mạch bằng cách giữ cho trục động cơ (rotor) đứng yên (E = G..If = 0). Khi đó xác định điện
trở Ra theo phương trình sau: R a 

Va  0
.
Ia

Điện áp phần ứng

Va
If = const

Dòng điện phần ứng

Ia

Hình 5. 4 : Đặc tuyến V-I theo điện trở Ra.


Thực hiện: Giữ cho trục rotor đứng yên, cấp dòng kích từ định mức, tăng dần điện áp phần
ứng sao cho dòng điện phần ứng tăng từ 0 đến định mức: tiến hành đo Va và Ia để tính Ra.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 2/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------THÍ NGHIỆM 2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI


Mục tiêu: Xác định hằng số G của máy điện một chiều (ở chế độ động cơ)



Phương pháp: Theo mạch tương đương của động cơ ở Hình 5. 2, tiến hành thí nghiệm không
tải để xác định hằng số G theo phương trình sau: G 



V  R a .I a 0
E
 a
.
.I f
.I f

Thực hiện: Thả lỏng rotor động cơ, cấp dòng kích từ định mức, tăng dần điện áp phần ứng từ
0 đến định mức: tiến hành đo Va, Ia0 và  để tính G. Sử dụng Ra được tính từ thí nghiệm ngắn
mạch.

THÍ NGHIỆM 3: MÁY PHÁT MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI


Mục tiêu: Vẽ đặc tuyến không tải, và xác định hằng số G của máy điện một chiều khi dòng
kích từ thay đổi (máy điện ở chế độ máy phát)



Phương pháp: Theo mạch tương đương của máy phát ở Hình 5. 3, tiến hành thí không tải
bằng cách hở mạch tải và xác định hằng số G theo phương trình sau: G 



V
E
 a0 .
.I f .I f

Thực hiện: Quay rotor máy phát với tốc độ định mức, tăng dần kích từ 0 đến định mức: tiến
hành đo If và Va0 để tính G.

Hình 5. 5 - Đặc tuyến không tải của máy phát điện một chiều

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 3/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

III.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

1. Bộ máy điện một chiều: gồm hai máy DC nối đồng trục với nhau

2. Bộ nguồn ba pha – một pha – DC:


Tổng quan bộ nguồn:

 Nguồn cung cấp chính là nguồn ba pha bốn dây.
 Hướng dẫn khởi động bộ nguồn: Gạt chìa khóa nguồn sang mức I; bật ON CB chống
giật ở giữa bộ nguồn; bật ON MCCB ba pha 4 dây (2 MCCB MAINS); chuyển cần gạt
a0b sang vị trí b; kiểm tra các con chạy ở mức MIN, CB cấp nguồn các khối con ở
mức OFF (vị trí O), nhấn nút START.


Khối nguồn chính:

o Cung cấp nguồn ba pha cố định: 380V (L1 – L2 - L3)
o Cung cấp nguồn AC một pha cố định: 220V (từ các ổ cắm
điện bên dưới bộ nguồn)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 4/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Khối nguồn 3 pha chỉnh được (khối 0 – 430V/ 5A)
Cung cấp nguồn ba pha thay đổi được: 0  430V,
dòng điện ngõ ra tối đa là 5A, chỉnh bằng con chạy, trên
con chạy hiển thị là phần trăm của điện áp tối đa (tính theo
áp dây).



Khối nguồn DC (dùng cho kích từ máy điện DC)

o Cung cấp nguồn DC: chỉnh lưu từ nguồn AC một pha.
o Tầm cung cấp: 0  225V (DC), dòng điện tối đa 1A.
o Có relay nhiệt bảo vệ



Khối nguồn DC (dùng cho phần ứng động cơ DC)

o Cung cấp nguồn DC: chỉnh lưu từ nguồn AC một pha.
o Tầm cung cấp: 0  240V (DC), dòng điện tối đa 10A.

3. Thiết bị đo dòng điện DC – 5A:



Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)



Tầm đo: 5A (DC)



Cấp chính xác: 0.5% toàn tầm

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 5/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Thiết bị đo điện áp DC:

o Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)
o Tầm đo: 500V (DC)
o Cấp chính xác: 0.5% toàn tầm

5. Thiết bị đo tốc độ:

o

Nguồn cung cấp cho thiết bị: 220V (AC)

o Tầm đo: 3000 vòng/ phút
o Cấp chính xác: 0.1% toàn tầm.

6. Bộ tải điện trở:
Thông số tải điện trở:

o

Công suất 750W.

o

Gồm 10 nấc điện trở mắc song song.

o

Có quạt tản nhiệt, cần chú ý bật quạt trước khi đóng tải.

7. Bộ chỉnh kích từ cho máy phát DC: sử dụng chỉnh lưu theo sơ đồ nguyên lý sau

Chỉnh lưu
220V~

Vf
Variac

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 6/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8. Bộ dây nối

IV.



Đầu nối banana chống giật.



Chịu được dòng điện tối đa là 15A.



Có các chiều dài: 0.25m; 0.5m, 1.0m; 1.5m

NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
BẢNG KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

VGa

V

Điện áp phần ứng máy phát DC

VMa

V

Điện áp phần ứng động cơ DC

VGf

V

Điện áp phần kích từ máy phát DC

VMf

V

Điện áp phần kích từ động cơ DC

Ea

V

Sức điện động

Ia

A

Dòng điện phần ứng

If

A

Dòng điện kích từ

Ra



Điện trở phần ứng

Rf



Điện trở phần kích từ

f

Wb

G

Diễn giải

Phương trình liên quan

Ea = G.If. = Va-Ra.Ia

Ra 

Va  Ea
Ia

Từ thông kích từ

V.s/(rad.A) Hằng số

Te

N.m

Moment điện từ



rad/s

Tốc độ góc động cơ

n

vòng/phút

Tốc độ động cơ

G

Ea
.I f

Te = G.Ia. If

n

60.
2

GHI NHẬN THÔNG SỐ TRÊN NHÃN MÁY:
Sinh viên tiến hành đọc nhãn máy của bộ thí nghiệm máy điện một chiều. Ghi nhận vào Bảng 5. 1.
Bảng số liệu này là căn cứ để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 7/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bảng 5. 1– Bảng thông số ghi nhận từ nhãn máy
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

MÁY PHÁT MỘT CHIỀU

Điện áp phần ứng định mức (VMa)

Điện áp phần ứng định mức (VGa)

Điện áp kích từ định mức (VMf)

Điện áp kích từ định mức (VGf)

Dòng điện phần ứng định mức (IMa)

Dòng điện phần ứng định mức (IGa)

Tốc độ định mức (n)

Tốc độ định mức (n)

Công suất đầu ra (P2)

Công suất đầu ra (P2)

THÍ NGHIỆM 1: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM NGẮN MẠCH
Mục đích thí nghiệm: Xác định điện trở phần ứng Ra của máy điện một chiều.
Sơ đồ thí nghiệm: Hình 5. 6
Tiến hành thí nghiệm:
Thực hiện các bước sau:
1. Kiểm tra và đảm bảo các CB của tổ hợp nguồn đều ở trạng thái ngắt (OFF). Điều chỉnh tất cả
nguồn điện về vị trí 0 (xoay ngược chiều kim đồng hồ đến cận trái).
2. Đấu mạch theo sơ đồ nguyên lý hình Hình 5. 6. Các thiết bị đo (volt kế, ampe kế, thiết bị đo
tốc độ…) cấp nguồn 220V (AC) từ khối nguồn MAIN trên bộ nguồn ( L3 – N). Nhờ GVHD
kiểm tra trước khi đóng điện.
3. Khởi động bộ nguồn ba pha như hướng dẫn ở phần đầu của tài liệu HDTN. Đóng nguồn điện
(nhấn START) và tiến hành thí nghiệm:
 Cấp điện áp kích từ cho động cơ (VMf) bằng giá trị định mức.
 Giữ trục rotor đứng yên.
 Tăng dần điện áp phần ứng của động cơ (Va) sao cho dòng điện tăng đến các giá trị yêu
cầu.
 Đo các đại lượng thí nghiệm. Ghi nhận vào Bảng 5. 2
4. Kiểm tra cẩn thận số liệu trước khi kết thúc đo đạc.

5. Điều chỉnh nguồn phần ứng (nguồn 240 VDC, 10 A) về vị trí 0, nguồn kích từ về vị trí 0 rồi
ngắt nguồn (nhấn STOP).
6. Thực hiện lại bước 3-5 thêm 01 lần nữa. Ghi nhận vào Bảng 5. 2.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 8/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nguồn kích từ
0-225 VDC, 1 A
+

Nguồn phần ứng
0-240 VDC, 10 A

+

-

ĐC
DC

-

MP
DC

Động cơ một chiều
A

A

VMa

V

H

J

A

VMf

V

K

Hình 5. 6 - Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm ngắn mạch động cơ một chiều
Bảng 5. 2 – Bảng số liệu đo thí nghiệm ngắn mạch động cơ một chiều
Giá trị thiết lập

Iđm/4

Iđm/3

Iđm/2

2*Iđm/3

IMa
Lần 1

VMa
Ra

Ra = ……

IMa
Lần 2

VMa
Ra

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 9/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

THÍ NGHIỆM 2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI
Mục đích thí nghiệm: Xác định hằng số G của máy điện DC hoạt động ở chế độ động cơ.
Sơ đồ thí nghiệm:

Nguồn kích từ
0-225 VDC, 1 A

Sơ đồ khối

+

Nguồn phần ứng
0-240 VDC, 10 A

+
-

-

ĐC
DC

MP
DC

Động cơ một chiều
A

VMa

A

V

H

A

VMf

J

V

K

Hình 5. 7: Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm không tải động cơ một chiều
Tiến hành thí nghiệm:
Thực hiện các bước sau:
1. Kiểm tra và đảm bảo các CB của tổ hợp nguồn đều ở trạng thái ngắt (OFF). Điều chỉnh tất cả
nguồn điện về vị trí 0 (xoay ngược chiều kim đồng hồ đến cận trái).

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 10/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Đấu mạch theo sơ đồ nguyên lý Hình 5. 7. Các thiết bị đo (volt kế, ampe kế, thiết bị đo tốc
độ…) cấp nguồn 220V (AC) từ khối nguồn MAIN trên bộ nguồn ( L3 – N). Nhờ GVHD kiểm
tra trước khi đóng điện.
3. Đóng nguồn điện (nhấn START) và tiến hành thí nghiệm:
 Cấp điện áp kích từ cho động cơ (VMf) bằng giá trị định mức và giữ không đổi. Ghi nhận
giá trị dòng điện kích từ tại điện áp kích từ định mức vào bảng số liệu (Bảng 5. 3).
 Tăng dần điện áp phần ứng của động cơ (Va) từ 10% định mức đến định mức (chia thành
10 giá trị).
 Đo các đại lượng thí nghiệm. Ghi nhận vào Bảng 5. 3.
Bảng 5. 3 – Bảng số liệu đo thí nghiệm không tải động cơ một chiều
Lần 1

Lần 2

Trung bình

TN
Va

Ia0

n

G

Va

Ia0

n

G

G

n

Dòng điện kích từ: If = ...................... [A]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4. Kiểm tra cẩn thận số liệu đo đạc trước khi tắt nguồn điện.
5. Điều chỉnh nguồn phần ứng (nguồn 240 VDC, 10 A) về vị trí 0, nguồn kích từ về vị trí 0 rồi
ngắt nguồn (nhấn STOP).
6. Thực hiện lại bước 3-5 thêm 01 lần nữa. Ghi nhận vào Bảng 5. 3

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 11/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

THÍ NGHIỆM 3: MÁY PHÁT MỘT CHIỀU – THÍ NGHIỆM KHÔNG TẢI
Mục đích thí nghiệm: Vẽ đặc tuyến không tải; xác định hằng số G của máy điện DC hoạt động ở chế
độ máy phát khi dòng kích từ thay đổi.
Sơ đồ thí nghiệm:

Nguồn kích từ
0-225 VDC, 1 A

Nguồn kích từ

+

-

+

+
-

+

ĐC
DC

MP
DC

-

Động cơ một chiều
A

VMa

Nguồn phần ứng
0-240 VDC, 10 A

Máy phát một chiều
A

A

V

V

H

A

VMf

Sơ đồ khối

H
A

J

VGf

V

VGa

J

V

K

K
s

Hình 5. 8 - Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm không tải máy phát một chiều

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 12/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tiến hành thí nghiệm:
Thực hiện các bước sau:
1. Kiểm tra và đảm bảo các CB của tổ hợp nguồn đều ở trạng thái ngắt (OFF). Điều chỉnh tất cả

nguồn điện về vị trí 0 (xoay ngược chiều kim đồng hồ đến cận trái).
2. Đấu mạch theo sơ đồ nguyên lý Hình 5. 8. Các thiết bị đo (volt kế, ampe kế, thiết bị đo tốc
độ…) cấp nguồn 220V (AC) từ khối nguồn MAIN trên bộ nguồn ( L3 – N). Nhờ GVHD kiểm
tra trước khi đóng điện.
3. Đóng nguồn điện (nhấn START) và tiến hành thí nghiệm:
 Cấp điện áp kích từ của động cơ sơ cấp (VMf) là định mức.
 Chỉnh điện áp phần ứng của động cơ (chỉnh từ nguồn 240V/10A) sao cho tốc độ của động
cơ sơ cấp bằng với tốc độ định mức của máy phát, giữ tốc độ này không đổi trong suốt
quá trình thí nghiệm.
 Tăng dần dòng kích máy phát If (bằng cách tăng điện áp cung cấp cho phần kích từ) từ
10% định mức đến giá trị định mức (giá trị đo được ở thí nghiệm 2, chia If theo 10 nấc).
 Đo các đại lượng thí nghiệm. Ghi nhận số liệu vào Bảng 5. 4.

Bảng 5. 4 - Bảng thông số thí nghiệm không tải máy phát DC
TN

Lần 1
If

Va

Lần 2
G

If

Va

G

Trung bình
Va
G

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 13/14


Cơ sở kỹ thuật điện (phần thí nghiệm)

ver1.0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4. Kiểm tra cẩn thận số liệu đo đạc trước khi tắt nguồn.
5. Điều chỉnh nguồn kích từ máy phát về vị trí 0.
6. Điều chỉnh nguồn phần ứng của động cơ về vị trí 0, điều chỉnh nguồn kích từ động cơ về vị trí
0, tắt nguồn (nhấn STOP).
7. Thực hiện lại bước 3-6 thêm 01 lần nữa. Ghi nhận thông số vào bảng số liệu
Lưu ý:


Sinh viên phải hoàn thành tất cả các bảng số liệu, kể cả bảng số liệu tính toán và nộp lại cho
GVHD kiểm tra trước khi kết thúc buổi thí nghiệm



Bài chuẩn bị có chữ ký của GVHD được nộp kèm theo bài báo cáo thí nghiệm và để ở cuối mỗi
bài báo cáo. Các bảng số liệu và bài chuẩn bị được chấp nhận phải có chữ ký của GVHD thí
nghiệm ngày hôm đó.



Báo cáo nộp trễ nhất 1 tuần sau khi kết thúc thí nghiệm



Báo cáo ghi rõ Họ tên, MSSV, Nhóm, Tổ, ngày thực hiện bài thí nghiệm



Các kết quả đo và kết quả thí nghiệm phải được trình bày rõ ràng, ngắn gọn và đầy đủ các yêu cầu
theo bài hướng dẫn báo cáo thí nghiệm.



GV có quyền cho điểm 0 những báo cáo như sau:
o

Những bài sao chép lẫn nhau dưới mọi hình thức.

o

Số liệu báo cáo không trùng khớp với số liệu trên bảng thu thập số liệu của SV.

o

Không ghi thông tin của sinh viên (Tên, MSSV, nhóm, buổi thí nghiệm).

Bảng thông số cho trước của các bộ thí nghiệm

Máy
DC (1)

THÔNG SỐ

Máy
DC (2)

encoder

BỘ THÍ NGHIỆM 1

BỘ THÍ NGHIỆM 2

Tổng tổn hao quay và tổn hao lõi (máy 1,
xác định tại tốc độ định mức: 1800 rpm)

120 W

72 W

Tổng tổn hao quay và tổn hao lõi (máy 2,
xác định tại tốc độ định mức: 1800 rpm)

154 W

67 W

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm
Trang 14/14