thi nghiem máy điện một chiều

BÀI 2: THÍ NGHIỆM MÁY PHÁT ĐIỆN VA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Phần 1: Giới thiệu chung
Máy điện một chiều được ứng dụng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng
ngày. Vì vậy người thợ điện phải biết rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, nắm được
các hiện tượng nguyên nhân gây hư hỏng và cách sửa chữa chúng
Nội dung bài học này cung cấp cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản
để sử dụng và sửa chữa máy điện một chiều và các động cơ điện một chiều.
Phần 2: Nội dung thí nghiệm
Mục tiêu:
- Đấu được dây đúng sơ đồ.
- Sử dụng được các dụng cụ đo thành thạo.
- Xác định được chính xác các thông số máy biến áp.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

1


I. Máy phát điện một chiều
1.1. Cấu tạo máy phát điện 1 chiều
Máy phát điên một chiều là thiết bị tạo ra dòng điện một chiều dựa trên hiện
tượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện một chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành
điện năng.
Ngày nay, máy phát điện một chiều vẫn được dùng trong giao thông vận tải,
công nghiệp chính xác, hóa chất, hàn và trong một số đồ điện gia dụng để làm máy
phát điện hoặc động cơ điện máy bơm nước.
Máy điện một chiều bao gồm stato với cực từ, rôto và cổ góp với chổi than
Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ
Rôto của máy điện một chiều gọi là phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phần
ứng, cổ góp và chổi than

• Lõi thép và dây quấn

Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Các lá
thép kỹ thuật điện có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng.
Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai
phiến góp. Các phiến góp đặt trên cổ góp
• Cổ góp và chổi than
Cổ góp gổm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ,
được gắn ở đầu trục rôto. Các đầu dây của phần tử dây quấn rôto nối với phiến góp.
Chổi than làm bằng than graphit, các chổi than được tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò
xo
1.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện 1 chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và
2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ
trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay
trái.

2


1.3. Đo điện trở một chiều của cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ
Mục tiêu:
Xác định chính xác điện trở của các cuộn dây
1.3.1. Nguyên tắc:
Đo điện trở các cuộn dây ứng với dòng điện định mức I đm, và nhiệt độ môi
trường có thể dùng phương pháp vôn- ampe.

Rmt =

U

I đm

Rmt: điện trở với nhiệt độ môi trường
Xác định điện trở ứng với nhiệt độ làm việc định mức:
0
Rđm = R00 (1 + a.t đm
)
c

a: hệ số nhiệt độ với đồng a = 0.004
0
t đm
:

nhiệt độ làm việc định mức phụ thuộc vào cấp cách điện của máy (xem trên
nhãn)
1.3.2. Sơ đồ nối dây

Hình 2.1: Sơ đồ nối dây Ampe – vôn đo điện trở một chiều cuộn dây phần ứng

3


Hình 2.2: Sơ đồ nối dây vôn – ampe đo điện trơ một chiều cuộn kích từ
1.3.3. Sơ đồ mô phỏng điện trở cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ

Hình 2.3: Sơ đồ đo điện trở phần ứng

Hình 2.4: Sơ đồ đo điện trở cuộn dây kích từ
Có thể dùng sơ đồ ampe vôn hoặc vôn ampe phụ thuộc vào giá trị điện trở cần

đo để giảm sai số của phép đo.
4


Trong đó:
R: điện trở phần kích từ
r: điện trở phần ứng và cực từ phụ
Điều chỉnh dòng điện đến giá trị định mức lấy giá trị điện áp tương ứng trên hai
đầu vôn mét
Điện trở phần ứng rất nhỏ nên được cấp nguồn điện áp rất thấp
Bảng số liệu:

1.4. Thí nghiệm máy phát điện một chiều
1.4.1. Mục tiêu:
- Vẽ được sơ đồ nguyên lý và sơ đồ nối dây của hệ thống động cơ - máy phát một
chiều kích từ độc lập, kích từ song song và kích từ hỗn hợp
- Xây dựng được đặc tính không tải E=f(i), E = f(n)
1.4.2. Máy phát một chiều kích từ độc lập
1.4.2.1. Thí nghiệm không tải
Điều kiện cần cho bài học:
- Thiết bị
+ Động cơ một chiều, động cơ ba pha xoay chiều
+ Máy phát một chiều
+ dây nối, biến trở
- Dụng cụ đo:
+ Ampe kế, Vôn kế
Nội dung thực hiện:
- Nguyên tắc:
+ Máy phát điện vận hành khi không tải khi máy đã hình thành điện áp trên hai cực
nhưng chưa cấp cho phụ tải

+ Nghiên cứu đặc tính không tải là nghiên cứu sự thay đổi của sức điện động khi dòng
kích từ thay đổi, tốc độ quay giữ không đổi
- Sơ đồ nối dây

Hình 2.4: Sơ đồ nối dây thí nghiệm máy phát 1 chiều không tải
5


Hình 2.5: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát 1 chiều không tải
Trong đó:
FT: Máy phát tốc
Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát
F: Máy phát một chiều
A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A
V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V
 Đăc tính không tải E = f(i)
- Các bước thực hiện:
+ Quay máy phát đến tốc độ định mức bằng cách cho động cơ sơ cấp quay và giữ
không thay đổi
+ Thay đổi dòng kích từgiá trị 0 đến giá trị lớn nhất (= 1,5 i đm). Dòng điện kích từ định
mức trong lý lịch của máy iđm= 0.8A
+ Giảm dòng kích từ từ giá trị lớn nhất về giá trị 0, tương ứng với mỗi lần tăng giảm
lấy các giá trị sức điện động ở hai đầu phần ứng
+ Trước khi bắt đầu đo thực hiện nhiều lần bằng điều chỉnh phân áp để tăng giảm
dòng, mục dích là ổn định mạch từ của máy
+ Chú ý: Khi đã đo không bao giờ làm ngược lại (luôn tăng dòng đến cực đại sau đó
giảm về nhỏ nhất)
- Bảng kết quả đo:
+ Khi tăng dòng điện i:
N

nđm=const= 1500vg/phút

I

0

→

imax

E
+ Khi giảm dòng điện i:
N

nđm=const= 1500vg/phút

I

imax

E
6

→

0


- đường đặc tính không tải E = f(i)

+ khi tăng i:

+ khi giảm i:

7


- Nhận xét:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
 Đặc tính không tải E=f(n)

- Cách thực hiện:
+ Cấp nguồn cho cuộn kích từ và điều chỉnh sao cho i= 0.5A
+ Thay đổi tốc độ quay của máy phát bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ sơ cấp
+ Mỗi giá trị của tốc độ lấy tương ứng giá trị sức điện động E trên hai cực đầu ra của
phần ứng
Bảng kết quả đo
i

I = const = 0.5A

n
E
- Đồ thị đường đặc tính không tải E(n)
8


- Nhận xét:

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
1.4.2.2. Thí nghiệm có tải
Điều kiện cần cho bài học:
- Thiết bị
+ Động cơ một chiều, động cơ ba pha xoay chiều
+ Máy phát một chiều
+ dây nối, biến trở
+ Phụ tải R
- Dụng cụ đo:
+ Ampe kế, Vôn kế
 Đặc tính điều chỉnh U = f(i)
9


Nguyên tắc:
+ Máy phát điện vận hành có tải khi máy đã hình thành điện áp trên hai cực cung cấp
dòng điện cho phụ tải
+ Đặc tính tải nghiên cứu sự phụ thuộc của điện áp ở đầu ra của phần ứng vào dòng
phụ tải khi tốc độ quay và dòng kích từ giữ nguyên không đổi
- Sơ đồ nối dây

I

+

ikt +

1

A2
A1

+

9
FT

F

Ð

-

10
2

ukt

R

Rkt

3

4

Hình 2.6: Sơ đồ nối dây thí nghiệm máy phát 1 chiều có tải U = f(i)

Hình 2.7: Mô hình thực tế của sơ đồ thí nghiệm máy phát 1 chiều U = f(i)

Trong đó:
FT: Máy phát tốc
10

+
V U
-


Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát
F: Máy phát một chiều
A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A
V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V
R: phụ tải điện R (có sơ đồ nối kèm theo)
Các bước thực hiện:
+ Khởi động máy phát điện điều chỉnh tất cả các tham số quay đến tốc độ định mức
nđm, điều chỉnh điện áp ở hai cực đến giá trị U đm ứng với Iđm. Sau đó giữ không đổi
dòng kích từ ikt=const
+ Thay đổi dòng tải I bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải R. Với
mỗi giá trị phụ tải khác nhau ta lấy hai giá trị U và I tương ứng sau khi đã giữ n=const
Bảng kết quả đo:
n

i

I

Yêu cầu
- Vẽ hai đặc tính tải U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp toàn phần trong phần ứng E-U=f(I)
11

E

E-U


- Vẽ đường cong sụt áp theo định luật Ôm U= I. Rư

- Rút ra nhận xét:
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
 Đặc tính điều chỉnh I=f(i)
12


- Nguyên tắc:
+ Các phụ tải điện cần phải có điện áp không thay đổi khi phụ tải tăng lên phải tăng
dòng kích từ tức là tăng sức điện động E để bù trừ phần tăng lên của sụt áp
+ Đường cong điều chỉnh cũng là một đặc tính tải biểu diễn sự biến thiên của dòng
kích từ cần thiết để duy trì điện áp không đổi phụ thuộc vào dòng tải I, tốc độ giữ
không đổi
- Các bước thực hiện:
+ Khởi động máy phát điện quay đến tốc độ định mức n đm giữ không thay đổi, điều
chỉnh dòng kích từ sao cho U=Uđm
+ Tăng dòng tải I từ 0 đến 15A bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải
R. Khi tăng phụ tải làm tăng sụt áp trên máy phát. Muôn giữ cho U không đổi phải
thay đổi dòng kích từ. Mỗi giá trị của I lấy tương ứng một giá trị của i
Bảng kết quả đo

n

n=const

U

U=220V=const

I
i
Yêu cầu:
+ Vẽ hai đặc tính tải I=f(i)

- Rút ra nhận xét
13


…………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………..........
…………………………………………………………………………………………..
1.4.3. Máy phát điện một chiều kích từ song song
1.4.3.1. Thí nghiệm không tải
 Đặc tính không tải E=f(i)
Điều kiện cần cho bài học:
- Thiết bị
+ Động cơ một chiều, động cơ ba pha xoay chiều
+ Máy phát một chiều
+ dây nối, biến trở
- Dụng cụ đo:
+ Ampe kế, Vôn kế

- Nguyên tắc:
+ Máy phát điện vận hành khi không tải khi máy đã hình thành điện áp trên hai cực
nhưng chưa cấp cho phụ tải
+ Nghiên cứu đặc tính không tải là nghiên cứu sự thay đổi của sức điện động khi dòng
kích từ thay đổi, tốc độ quay giữ không đổi
- Sơ đồ nối dây

Hình 2.9: Sơ đồ nối dây máy phát điện một chiều kích từ song song
trường hợp không tải

14


Hình 2.10: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ song song
trường hợp không tải
Trong đó:
FT: Máy phát tốc
Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát
F: Máy phát một chiều
A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A
V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V
- Các bước thực hiện
+ Quay máy phát đến tốc độ định mức bằng cách cho động cơ sơ cấp quay và giữ
không thay đổi
+ Thay đổi dòng kích từ giá trị 0 đến giá trị lớn nhất (= 1,5 iđm). Dòng điện kích từ
định mức trong lý lịch của máy iđm= 0.8A
+ Giảm dòng kích từ từ giá trị lớn nhất về giá trị 0, tương ứng với mỗi lần tăng giảm
lấy các giá trị sức điện động ở hai đầu phần ứng
+ Trước khi bắt đầu đo thực hiện nhiều lần bằng điều chỉnh phân áp để tăng giảm
dòng, mục dích là ổn định mạch từ của máy

+ Chú ý: khi đã đo không bao giờ làm ngược lại (luôn tăng dòng đến cực đại sau đó
giảm về nhỏ nhất)
15


- Bảng kết quả đo:
+ Khi tăng i
n
i

nđm=const= 1500vg/phút
0

→

imax

E
+ khi giảm i
n
i

nđm=const= 1500vg/phút
imax

E
- Đường đặc tính không tải
+ Khi tăng i

+ Khi giảm i

16

→

0


- Nhận xét:
……………………………………………………………………………………..........
……………………………………………………………………………………..........
……………………………………………………………………………………..........
1.4.3.2. Thí nghiệm có tải
 Đặc tính tải U=f(I) và đường cong sụt áp
Điều kiện cần cho bài học:
- Thiết bị
+ Động cơ một chiều, động cơ ba pha xoay chiều
+ Máy phát một chiều
+ dây nối, biến trở
+ Phụ tải R
- Dụng cụ đo:
+ Ampe kế, Vôn kế
17


- Nguyên tắc:
+ Máy phát điện vận hành có tải khi máy đã hình thành điện áp trên hai cực cung cấp
dòng điện cho phụ tải
+ Đặc tính tải nghiên cứu sự phụ thuộc của điện áp ở đầu ra của phần ứng vào dòng
phụ tải khi tốc độ quay và dòng kích từ giữ nguyên không đổi
- Sơ đồ nối dây

I

ikt +

A1

+
-

A2

-

Rkt

+
V

1

FT

9

F

Ð
2

R

10
3
4

Hình 2.11: Sơ đồ nối dây máy phát điện một chiều kích từ song song
trường hợp có tải

Hình 2.12: Mô hình thực tế thí nghiệm máy phát điện một chiều
kích từ song song trường hợp có tải
Trong đó:
18

-

U


FT: Máy phát tốc
Đ: Động cơ sơ cấp kéo máy phát
F: Máy phát một chiều
A: đồng hồ ampe kế MA602 để thang 5A
V: đồng hồ vôn kế MX025A để thang 300V
R: phụ tải điện R (có sơ đồ nối kèm theo)
- Các bước thực hiện:
+ Khởi động máy phát điện điều chỉnh tất cả các tham số quay đến tốc độ định mức
nđm, điều chỉnh điện áp ở hai cực đến giá trị U đm ứng với Iđm. Sau đó giữ không đổi
dòng kích từ ikt=const
+ Thay đổi dòng tải I bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải R. Với
mỗi giá trị phụ tải khác nhau ta lấy hai giá trị U và I tương ứng sau khi đã giữ n=const

- Bảng kết quả đo:
n

i

I

Yêu cầu
- Vẽ hai đặc tính tải U=f(I)

- Vẽ đường cong sụt áp toàn phần trong phần ứng E-U=f(I)
19

U

E-U


- Vẽ đường cong sụt áp theo định luật Ôm U= I.Rư

- Nhận xét:
20


…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
 Đặc tính điều chỉnh I=f(i)

- Nguyên tắc:
+ Các phụ tải điện cần phải có điện áp không thay đổi khi phụ tải tăng lên phải tăng

dòng kích từ tức là tăng sức điện động E để bù trừ phần tăng lên của sụt áp
+ Đường cong điều chỉnh cũng là một đặc tính tải biểu diễn sự biến thiên của dòng
kích từ cần thiết để duy trì điện áp không đổi phụ thuộc vào dòng tải I, tốc độ giữ
không đổi
- Các bước thực hiện:
+ Khởi động máy phát điện quay đến tốc độ định mức n đm giữ không thay đổi, điều
chỉnh dòng kích từ sao cho U=Uđm
+ Tăng dòng tải I từ 0 đến 15A bằng cách thay đổi các khoá chuyển mạch trên phụ tải
R. Khi tăng phụ tải làm tăng sụt áp trên máy phát. Muôn giữ cho U không đổi phải
thay đổi dòng kích từ. Mỗi giá trị của I lấy tương ứng một giá trị của i
Bảng kết quả đo
n

n=const

U

U=220V=const

I
i

Yêu cầu
- Vẽ hai đặc tính tải I=f(i)

21


- Rút ra nhận xét
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
1.4.4. Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp
sơ đồ nguyên lý của động cơ

Từ thông kích từ của động cơ:

22


Trong đó: S là phần từ thông do cuộn kích từ song song tạo nên không phụ thuộc vào
dòng phần ứng hay không phụ thuộc vào tải.
N là phần từ thông do cuộn kích từ nối tiếp tạo ra, nó phụ thuộc vào dòng
phần ứng. Khi phụ tải MC = Mđm thì IƯ = Idm.
Do có hai cuộn kích từ nên đặc tính cơ của máy phát điện 1 chiều kích từ hỗn
hợp vừa có dạng phi tuyến và đồng thời có điểm không tải lý tưởng
Đồ thị đặc tính cơ của máy phát điện một chiều kích tư hỗn hợp

Sơ đồ thí nghiệm máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp

Hình 2.12: Sơ đồ máy phát một chiều kích từ hỗn hợp
Thiết lập thiết bị:
23


- Cài các Module nguồn điện, giao diện thu thập dữ liệu và máy phát điện một chiều
trong hệ thống EMS.
- DAI LOW POWER INPUTS được nối với nguồn cung cấp chính, đặt công tắc
nguồn AC-24V ở vị trí I (ON) và cáp dẹt của máy tính được nối với DAI.
- Hiện thị ứng dụng Metering, chọn File cấu hình ACMOTOR1.cfg.
- Công tắc MODE để ở vị trí PRIME MOVER.

- Công tắc DISPLAY để ở vị trí SPEET.
Trình tự tiến hành như sau:
+ Làm giống như thí nghiệm không tải trên để thành lập điện áp.
+ Đóng K để tăng 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 tăng tải nếu n giảm thì phải điều chỉnh điện áp để n = n đm. Sau đó mở bảng
số liệu đo được ghi vào bảng 4 (hoặc dùng máy in để in bảng số liệu).
R

A1

A2

E1

II. Động cơ điện một chiều
2.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
2.1.1. Khái quát về động cơ một chiều kích từ độc lập
Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngoài
độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (cuộn ứng). Và khi nguồn điện một chiều có
công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch điện phần kích từ được mắc vào
hai nguồn điện một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ điện
một chiều kích từ độc lập.

24


Phương trình cân bằng điện áp:
Trong đó: U là điện áp lưới (V)
E Sức điện động của động cơ (V)

Sức điện động EƯ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

25