tl dich thi nghiem may dien multimedia 1

C¸c ®Ò vÒ m¸y ®iÖn mét chiÒu

Các chủ đề của khoá học về động cơ một chiều

Khoá học này được thiết kế để truyền tải các kiến thức lý thuyết và thực hành về "chuyển mạch máy điện" một chiều và các vấn đề thuộc về máy điện.Các thí nghiệm được thiết lập để nghiên cứu sự hoạt động của mạch trong từng cách mắc của cuộn dây và các vấn đề về máy điện là tâm điểm của khoá học và cung cấp thông tin về cách vận hành các động cơ điện, cách chúng phản ứng và hoạt động như thế nào.

Các chủ đề của khoá học:

Cảm ứng điện từ Chế độ làm việc động cơ và máy phát Các từ trường tĩnh và từ trường quay Các bộ phận và thiết kế động cơ một chiều Coor gop, chổi than Các cuộn dây, điện trở cuộn dây… Thay đổi vị trí chổi than Thay đổi từ trường và … Đo dòng điện và điện áp phần ứng và cuộn kích từ Vấn đề chung về động cơ điện Vận hành với điện áp qua lại Bảng thông số tốc độ Điều chỉnh tốc độ quay Đảo chiểu quay Sự suy yếu của từ trường Điện trở phần ứng Sử dụng đèn chớp đo tốc độ quay Công suất Phát nóng động cơ, đo nhiệt độ động cơ Phát hiện lỗi

Các thiết bị sử dụng trong động cơ một chiều

Equipment

SO4203-2A UniTr@in-I Interface

SO4203-2BUniTr@in-I Experimenter

SO4204-7S

UniTr@in-I card commutator machinewith rotor and stroboscope

SO4203-2FUniTr@in-I set of shunts

SO5146-1L UniTr@in-I set of cables

SO5124-7B Connection plugs

LM2319Optional MetraHit multimeter

SO4203-2B Optional second UniTr@in-I Experimenterfor use as docking station

SO4203-2DUniTr@in-I extended power supply

Lưu ý: Một số người hăng hái giả định rằng đã có "Một tay chơi cao thủ" (Flash Player) được cài vào trong chương trình. Nếu chưa có thì các bạn hãy cài Shockwaveplayer hoặc tải từ trên mạng xuống phiên bản mới nhất từ Macromedia.

Máy điện SO4204-7SThông số kỹ thuật:Stator Hai cực, hai cuộn kích từĐiện trở cuộn dây (200C)

10

http://www.macromedia.com/shockwave/download/index.cgi?P1_Prod_Version=ShockwaveFlash

Điện áp kích từ danh định

2 x 7,5 V

Dòng điện kích từ danh định

0,5 A

Phần ứng 12 2.9 cuộn dâyĐiện áp phần ứng danh định

15 V (có thể tăng lên tới 20 V trong thời gian ngắn)

Dòng điện kích từ danh định

0.5A (có thể tăng lên tới 0.7A trong thời gian ngắn)

Tốc độ tối đa4500 vòng/phút (có thể tăng lên tới 5000 trong thời gian ngắn)

Các phụ kiệnĐiện trở đầu vào

6.8 / 4W

Điện trở shunt 0.47 Bóng đèn 12 V / 2 W Công tắc khởi động điện trở

4 x 2 / 1 W connected to 4 relays

Cảm biến nhiệt độ

KTY84-150 (Data sheet)

Dòng điện nguồn

2 mA

Chổi điều khiển

-20°...+20° in 10° steps

Đèn chớp Kết nối 0.5 m cáp với ổ BNC Tần số nhấp nháy

1 .... 150 Hz via virtual instrument

Đèn nhấp nháy

Ultra-bright white LED

Chú ýCác card thí nghiệm chỉ thiết lập để sử dụng với điện áp thấp an toàn có thể chỉ sử dụng với nguồn cung cấp DC/AC UniTr@in-I system. Sẽ là nguy hiểm nếu sử dụng một nguồn cung cấp khác.

Chú ý: Bảo vệ mắt và võng mạc của bạn, không được chiếu thẳng tia sáng của đèn chớp vào mắt.

Chú ý:Nếu sử dụng card này kết hợp với các card khác, các rơle cho các điện trở khởi động có thể may result in collision with those of the fault simulation feature.

Mô tả

Các card thí nghiệm bao gồm đầy đủ các chức năng của máy điện một chiều có thể kết nối tới nguồn cung cấp DC của hệ thống UniTr@in-I. For educational reasons, the machine is not enclosed and is equipped with a replaceable rotor.

Máy điện có thể được sử dụng như một động cơ hoặc một máy phát.

Các card sẽ là các bộ phận dưới đây:

Stator 2 cực với 2 cuộn dây riêng biệt. Điểm cuối của các cuộn dây được nối với chân cắm 2mm, như vậy chúng có thể được kết nối và hình thành các cuộn dây song song và nối.

Phần ứng với cổ góp bao gồm 12 phiến góp, 12 cuộn dây và 2 chổi quét carbon.

Chổi quét có thể được lựa chọn ở 5 vị trí -20°, -10°, 0°, 10°, 20°, Điện trở shunt 0.1 có thể được sử dụng để đo dòng điện phần

ứng và dòng điện kích từ. Điện trở cuộn dây 6.8 được sử dụng như điện trở khởi động

phần ứng hoặc điện trở kích từ Điện trở 41 với rơle bảo vệ quá tải cho các thí nghiệm mở máy

(Kết nối cố định với các rơle từ 1 tới 4) Bóng đèn được sử dụng như là tải của máy phát Cảm biến nhiệt độ KTY84-150 và dòng điện cung cấp không đổi

2mA

Máy điện cổ góp

Máy điện một chiều và máy điện thông dụng

Máy điện cổ gópchủ yếu được hoạt động ở hệ thống điện áp DC và do đó máy phát cũng cấu tạo như máy điện một chiều. Tuy nhiên, về cơ bản chúng vẫn làm việc bằng dòng điện xoay chiều.

Máy điện thông dụng về cơ bản giống như các máy điện một chiều và do đó nó có nét giống nhau, nhưng được vận hành trên hệ thống nguồn AC.

Máy điện một chiều và máy điện thông dụng luôn luôn trang bị với một chuyển mạch, khi vận hành giống như một công tắc cơ khí. Do đó, nó được gọi là máy điện cổ góp.

Như vậy, tất cả các máy điện cổ góp, công suất được truyền tới phần ứng (phần quay) qua các chổi quét carbon (chổi than) và một chuyển mạch.


Hai sự khám phá vào nửa đầu của thế ký 19 là cơ sở của sự phát triển các loại máy điện cổ

gópmột chiều.

Lịch sử

1810H.Ch. Oersted and A.-M. Ampère

Khám phá ra lực điện từ.

1831 M. Faraday Khám phá ra nguyên lý cảm ứng điện từ, hỗ cảm

1832 J. Henry Khám phá ra nguyên lý cảm ứng điện từ,

1832 PixiiGiới thiệu động cơ điện một chiều đầu tiên. This was to lead to the displacement of voltage generation by galvanic means.

1866

Werner von Siemens

Khám phá ra nguyên lý của máy phát điện (cũng là một loại máy phát kích thích), thời kỳ này đã hình thành sự phát triển mạnh mẽ của ngành máy điện.

1884 Henges and Mather

Khám phá ra tác dụng của cuộn dây phản ứng phần ứng

1885 Ở nước Anh và nước Mỹ đã đưa chổi quét carbon vào vận hành

Trong những năm 1890

Với sự ra đời của kỹ thuật ba pha, máy điện một chiều không còn quan trọng

Trong những năm 1940

Sự xuất hiện của kỹ thuật biến đổi tĩnh điện và điều khiển tốc độ quay đã tạo ra một thị trường lớn cho máy điện một chiều

Ngày nay

Với sự tăng thêm phổ biến của kỹ thuật biến đổi máy điện ba pha (máy điện không đồng bộ) ưu thế của máy điện một chiều bắt đầu giảm xuống.

Các máy điện cổ góp

Các ưu điểm và nhược điểm

Cho đến ngày nay máy điện cổ gópvẫn được sử dụng rộng rãi. Dưới đây là những ưu điểm chính:

High degree of familiarity, dễ sử dụng Điều chỉnh tốc độ trơn với một dải rộng Sự ổn định cao của tốc độ (độ sụt tốc khi có tải reduced speed

variability even under load when in unregulated operation) Tính đồng bộ tốt Highly dynamic response Khả năng điểu khiển dòng điện, moomen và tốc độ quay tốt

Tuy nhiên, vẫn có một vài nhược điểm làm giảm sự quan trọng của máy điện cổ góp:

Cần phải bảo dưỡng liên tục (chổi quét carbon and và cổ góp là các phần bị mài mòn)

Tính bảo vệ thấp (sự hình thành tia lửa điện do chổi than) Giá thành cao (phần quay của động cơ ba pha đơn giản và rẻ

hơn)


Ứng dụng của máy điện cổ góp

Ngày nay các máy điện cổ góp hầu như hoàn toàn thay thế bằng nguồn ba pha.

Trong kỹ thuật máy điện cổ góp được sử dụng ngày càng ít đi. Tuy nhiên, máy điện cổ góp vẫn giữ một sự cần thiết không thể thay thế trong đời sống:

Những động cơ công suất nhỏ cỡ vài W (sử dụng ở đồ chơi của trẻ, dao cạo râu, gạt nước ở kính ôtô…)

Điều chỉnh tốc độ quay với những động cơ công suất cỡ KW (xe điện, trang bị cần trục, thang máy (với xu hướng đang giảm dần))

Những máy điện công suất lớn khoảng 10MW (ví dụ: các động cơ máy cáne.g. roller motors, tàu biển)

Dải tốc độ quay từ vài vòng trên phút trong phạm vi rộng cho tới gần 10.000 vòng trên phút trong phạm vi hẹp.

Các động cơ cổ góp cũng giống như các động cơ khác có thể trang bị cho các thiết bị cầm tay hoặc dung nhiều trong gia đình.


Nguyên lý cơ bản của hiện tượng từ tính

Các quá trình xuất hiện trong các động cơ điện đểu dựa trên các nguyên lý cơ bản:

Cảm ứng điện từ Lực điện từ


Nguyên lý cơ bản của từ trường

Cảm ứng điện từ

Hiểu theo cách làm việc của máy phát, định luật cảm ứng điện

Cảm ứng

Một điện áp được sinh ra (được cảm ứng) trong một dây dẫn khi nó di chuyển trong một từ trường.

Điện áp được cảm ứng sinh ra dòng điện trong dây dẫn nếu nó được mắc vào trong một mạch kín.

Có một lực tác động lên dây dẫn có dòng điện chạy qua khi nó được đặt vuông góc với từ trường và lực này vuông goác với dây dẫn..

A voltage is induced when a conductor is moved through a magnetic field of the force F.

The induced voltage evokes a current in the conductor if this is located in a closed circuit.

Đó là điện áp và dòng điện It is electromagnetic induction which produces voltage and current in generators regardless of whether the generator is a three-phase or a DC generator.



Kết quả của hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiểu như thế nào về sự làm việc của máy điện, đó là sự quan trọng không chỉ hiểu về định luật cảm ứng mà còn hiểu như thế nào về định luật từ trường của dây dẫn mang dòng:

Lực điện từ

Có một lực F tác động lên một dây dẫn có dòng điện chạy qua khi nó nằm trong một từ trường và lực này vuông góc với từ trường. Lực này tỉ lệ với dòng điện I chạy trong dây dẫn và với cảm ứng từ B của từ trường ngoài.

Đây gọi là lực điện từ This so-called Lorenz force is responsible for the motion induced in a current-carrying conductor in a magnetic field. It is the basis for how every motor operates.



Quy tắc bàn tay phải

A simple method of determining the direction of the Lorenz force is the so-called "right-hand rule".

The variables

Velocity v of electrons (opposite direction to current flow) Magnetic induction B of external magnetic field Force F (Lorenz force)

are all located at right angles to each other. If you know the directions of two variables, the direction of the third variable is automatically given by the"right-hand rule".


Đây là thí nghiệm không bắt buộc về cảm ứng điện từ, về lực điện từ và góc tối ưu giữa từ trường rôto và stato.

Thí nghiệm này có thể được thực hiện nếu lấy nam châm vĩnh cửu ở bộ thí nghiệm máy điện ba pha.

Trang bị cho thí nghiệm với card SO4204-7S. Đưa nam châm vĩnh cửu vào trong lòng. Lúc này cuộn dây stato không nối nguồn.

Quay nam châm vĩnh cửu một hoặc hai vòng quanh trục của nó và diễn tả những quan sát của bạn.

Các bạn có cảm nhận được các lực đẩy và lực hút không?Có bao nhiêu điểm cực đại và cực tiểu của mô men mà các bạn cảm nhận được trong quá trình quay rô-to hết một vòng?

Cho biết sự khác nhau trong kết quả khi các cực của nam châm vĩnh cửu đặt đối diện với các cực hay khi chúng nằm trong vùng không có cực nào?

Có sự khác nhau gì về kết quả giữa cực nam và cực bắc?

Tại sao mômen quay cực tiểu khi các cực của nam châm vĩnh cửu và các cực của cuộn dây ở vị trí đối diện nhau?

Bây giờ nối cuộn dây kích từ với nguồn cung cấp 15V như sơ đồ.

Miêu tả kết quả trong vùng đối diện giữa các cực của nam châm vĩnh cửu với các cực của cuộn dây so với các vùng khác?

Mô tả kết quả khi rôto nam châm vĩnh cửu nằm chính xác vuông góc với từ trường kích thích với đầu đỏ hướng lên trên.

Mô tả chính xác kết quả khi rôto nam châm vĩnh cửu nằm vuông góc với từ trường kích thích với đầu xanh hướng lên trên.

Thay đổi cực tính nguồn điện và cho biết kết quả.


Đo điện trở các cuộn dây kích từ

Trong thí nghiệm này điện trở của cuộn dây kích từ được xác định bằng giá trị đo điện áp và dòng điện.

-+

5 V

V+

Ch

an

el B

V+

Ch

an

el A

Sh

un

tE

xcita

tion

Lắp ráp mạch thí nghiệm phù hợp với sơ đồTrước hết nối cuộn dây kích từ tới điện áp 5V qua điện trở shunt 0.47 trên card thí nghiệm (điện áp trên điện trở shunt và điện áp trên cuộn dây kích từ).

Mở thiết bị đo ảo Vôn mét A từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Vôn mét đo điện áp hai đầu một cuộn dây.

Điện áp và dòng điện một chiều đo được là giá trị trung bình (AV). Phép đo chính xác nhất là phép đo với thang đo nhỏ nhất trong giới hạn của nó.Bây giờ điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo..

Mở thiết bị đo ảo Ampe mét B từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Ampe mét B đo dòng điện chạy qua cuộn dây, qua điện trở shunt 0.47.

Điền giá trị của shunt vào bảng. điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Bây giờ điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Điền kết quả vào hộp dưới:

A

V

Tính giá trị điện trở R = U / I ?

Thay các dụng cụ đo sang cuộn kích từ dây thứ hai.


A

V



Đo điện trở các cuộn dây phần ứng

Trong thí nghiệm này điện trở của cuộn dây phần ứng được xác định bằng giá trị đo điện áp và dòng điện.

V2

V1

-+

Va

ria

ble

Vo

ltag

e

V+

Ch

an

el B

V+

Ch

an

el A

Sh

un

tC

om

mu

tato

r

Lắp ráp mạch thí nghiệm phù hợp với sơ đồ

Nối điện trở shunt 0.47 trên card thí nghiệm tới điện áp có thể thay đổi được V1 và ampe kế B.Vônmet A được nối giữa V2 và một đầu khác của điện trở shhunt.

Cả hai thiết bị đo phải chắc chắn các sợi dây không bị ngắn và xoán lại với nhau sẽ dẫn tới kết quả đo bị sai.

Mở thiết bị đo ảo Vôn mét A từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Vôn mét đo điện áp hai đầu một cuộn dây (giữa hai phiến).

Điện áp và dòng điện một chiều đo được là giá trị trung bình (AV). Phép đo chính xác nhất là phép đo với thang đo nhỏ nhất trong giới hạn của nó.

Bây giờ điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Mở thiết bị đo ảo Ampe mét A từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Ampe mét B đo dòng điện chạy qua cuộn dây, qua điện trở shunt 0.1. Điền giá trị của shunt vào bảng. điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Bây giờ mở nguồn cung cấp DC từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS

Thiết lập điện áp 4.0V

Bật công tắc POWER của nguồn cung cấp.

Bây giờ thiết lập việc kết nối giữa Vôn mét và rôto bằng hai dây nối dài. Dùng hai tay cầm hai dầu dây đưa và hai phiến góp kề nhau.


A

V


Thí ngiệm với động cơ một chiều

Đo điện trở chổi than

Trong thí nghiệm này điện trở của chổi than được xác định bằng giá trị trung

bình của kết quả đo dòng điện và điện áp.

Bru

sh

V2

V1

-+

Va

ria

ble

Vo

ltag

e

V+

Ch

an

el B

V+

Ch

an

el A

Sh

un

t

Thiết lập mạch thí nghiệm phù hợp với sơ đồ.

Nối điện trở shunt 0.47 trên card thí nghiệm tới điện áp có thể thay đổi được V1 và ampe mét B.Vônmet A được nối giữa V2 và một đầu khác của điện trở shunt.

Cả hai thiết bị đo phải chắc chắn các sợi dây không bị ngắn và xoán lại với nhau sẽ dẫn tới kết quả đo bị sai.Cả hai thiết bị đo phải chắc chắn các sợi dây không bị ngắn và xoán lại với nhau sẽ dẫn tới kết quả đo bị sai.

Mở thiết bị đo ảo Vôn mét A từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Vôn mét A đo điện áp hai đầu một chổi than (giữa phiến tiếp xúc với chổi than và chổi than).

Điện áp và dòng điện một chiều đo được là giá trị trung bình (AV). Phép đo chính xác nhất là phép đo với thang đo nhỏ nhất trong giới hạn của nó.Bây giờ điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Mở thiết bị đo ảo Ampe mét A từ menu Instruments / Measuring Devices. Sử dụng Ampe mét B đo dòng điện chạy qua chổi than, qua điện trở shunt 0.47.

Điền giá trị của shunt vào bảng. Điều chỉnh giới hạn của dụng cụ đo.

Bây giờ mở nguồn cung cấp DC từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS

Thiết lập điện áp 4.0V

Bật công tắc POWER của nguồn cung cấp.

Bây giờ thiết lập việc kết nối giữa Vôn mét và chổi than bằng hai dây nối dài. Một đầu dây cắm vào lỗ 2mm của chổi than, đầu kia ấn vào phiến góp tiếp xúc với chổi than.


A

V


Thay các dụng cụ đo sang chổi than thứ hai.


A

V

Tính giá trị điện trở R = U / I?


Máy điện mắc shunt

Trong thí nghiệm này máy điện DC được vận hành với kích từ mắc song song.

Thiết lập thí nghiệm như trình bày phía dưới. Trục của roto được chèn vào bên trong stato. Khi chèn vào rotor phải chắc chắn và trục ghim phải ở vị trí 00 .

Bây giờ mở thiết bị nguồn ảo DC Motor Control từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS. Thiết lập thiết bị này với 12.0V. Bật công tắc nguồn POWER của nguồn cung cấp.

Miêu tả những quan sát của bạn:


Sử dụng một đèn chớp đo tốc độ quay của máy điện mắc shunt

Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ thực hiện một phép đo tốc độ quay của máy điện DC mắc shunt bằng việc sử dụng một đèn chớp.

Trước tiên ta thiết lập thí nghiệm như phần trước. Tiếp đó, sử dụng thêm một đèn chớp, chiếu tia sáng của nó vào trục phần ứng nhưng không được tiếp xúc trực tiếp vào trục.

Bây giờ mở thiết bị ảo DC Motor Supply từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROL.

Thiết lập điện áp bằng 12.0V. Sau đó mở công tắc ngồn POWER.

Bây giờ tới menu INSTRUMENTS và mở thiết bị Stroboscope. Thiết lập giải tần số tia sáng là 30Hz. Mở công tắc POWER button của đèn chớp.

Đầu đèn chớp chỉ vào trục phần ứng.Tăng từ từ tốc độ nháy cho tới khi bạn nhìn thấy sự nháy đứng yên. Thêm vào nữa là bạn phải đọc thông tin về đèn nháy ở file help (ví dụ: ấn phím chức năng F1).

(Chú ý: Trong trường hợp các máy điện khác thì tốc độ nháy là thấp hơn 30Hz có thể sẽ cần thiết)

Tốc độ quay: RPM

Thử tìm ra sự thay đổi xuất hiện trong một nửa hoặc cả hai nửa tần số.

Miêu tả quan sát của bạn:


Thay đổi vị trí chổi than máy điện mắc shunt

Trong thí nghiệm này, động cơ mắc shunt sẽ được thay đổi vị trí của chổi than

và quan sát các ảnh hưởng.

Trước tiên thiết lập thí ngiệm như thí nghiệm trước, nhưng thay đổi vị trí của phần ứng

Thay đổi vị trí của chổi than bằng nhấc nhẹ ra ngoài và quay nó tới các vị trí khác nhau (các lỗ) rồi ấn xuống và quan sát hiện tượng

Điều gì xảy ra? Miêu tả quan sát của bạn.Điều gì xảy ra khi bạn quay roto với góc lớn hơn nữa, ví dụ giữa 45° và 90°.


Máy điện mắc nối tiếp

Trong thí nghiệm này máy điện một chiều sẽ được vận hành như một máy điện kích từ nối tiếp

Thiết lập thí nghiệm như là trình bày dưới. Trục rotor được đưa vào giá bên trong stator. Khi đó roto sẽ được gắn chắc chắn bởi một trục được gắn ở vị trí 0°.

Mở thiết bị ảo DC Motor Supply từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS.

Thiết lập điện áp 18.0V.

Bật nguồn cung cấp POWER.

Miêu tả các kết quả quan sát:


Máy điện khác

Trong thí nghiệm này, máy điện cổ góp được vận hành như máy điện kích từ nối tiếp nối với nguồn điện áp AC.

Thiết lập thí nghiệm như hình dưới. Trục rotor được chèn vào giá của stato. Khi đó, roto sẽ được gắn chắc chắn bởi một trục được chèn vào trong lỗ ở vị trí 0°.

Bây giờ mở thiết bị ảo Three-phase Power Supply từ menu INSTRUMENTS/POWER SUPPLIES.

Thiết lập điện áp 13.0V và tần số 50Hz. Bật ON công tắc nguồn POWER.



Máy điện khác

Trong thí nghiệm này điện kháng của máy điện vận hành ở trạng thái đứng yên được xác định ở tần số 50Hz.

Lắp mạch thí nghiệm như hình dưới với việc kết nối với các dụng cụ đo.

Bây giở mở thiết bị đo ảo Voltmeter A từ menu INSTRUMENTS/MEASURING DEVICES.

Thiết lập thang đo: 20V, RMS

Bây giờ mở thiết bị đo ảo Ammeter B từ menu INSTRUMENTS/MEASURING DEVICES.

Điện trở Shunt: 0.47.

Thang đo: 2A, RMS

Bây giờ mở thiết bị đo ảo 3-Phase Power Supply từ menu INSTRUMENTS/POWER SUPPLIES.

Thiết lập điện áp 8.0V và tần số 50Hz. Công tắc nguồn POWER nhấn ON.

Điền kết quả đo vào hộp dưới:

V

A

Tổng trở Z = U / I?

Kết nối nguồn cung cấp 3 pha.

Bây giờ mở thiết bị ảo DC Motor Supply từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS.

Thiết lập điện áp 12.0V.

Công tắc nguồn POWER nhấn ON.

Điền các kết quả đo vào hộp dưới:

V

A

Điện trở R = U/I?

Miêu tả kết quả của việc vận hành máy điện cổ góp ở điện ápAC:


Vận hành máy điện kích từ hỗn hợp

Trong thí nghiệm này máy điện cổ góp sẽ được vận hành như một máy điện kích

từ hỗn hợp.

Thiết lập thí nghiệm như hình dưới. Trục rotor đưa vào giá trong lòng stator. Khi đó rotor sẽ được giữ chắc chắn bởi một trục bên ngoài gắn ở lỗ 0°.


Thiết lập điện áp 20.0V. Công tắc nguồn POWER nhấn ON.



Điểu khiển máy điện mắc nối tiếp với các điện trở nối tiếp phần ứng

Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở phần ứng tới tốc độ quay roto của máy điện một chiều kích từ nối tiếp.



Thiết lập điện áp ban đầu là 15V. Công tắc nguồn cung cấp POWER nhấn ON.

Bây giờ dùng một cáp ngắn nối tắt điện trở shunt R6 và cắm vào ngắt ra vài lần.

Có kết quả gì về tốc độ quay từ việc đưa vào điện trở phần ứng?

Chú ý: To fully indicate how the circuit functions, the machine's response must be shown under varying loads. Thus the experiment only shows one respective point of the graph depicted on the previous page.


Thay đổi điện áp phần ứng

Trong thí nghiệm này chúng chúng ta sẽ đo ảnh hưởng của việc thay đổi điện áp phần ứng tới tốc độ quay máy điện DC mắc shunt. Đo tốc độ quay của dộng cơ bằng việc sử dụng đèn chớp.




Bây giờ mở thiết bị ảo Stroboscope từ menu INSTRUMENTS. Trước tiên, thiết lập dải tần nháy với giá trị ban đầu là 100Hz và sau đố and sau đó giảm từ từ cho tới khi xuất hiện sự chuyển động đứng yên. Công tắc POWER của đèn nháy nhấn ON.

Điểm sáng ở trục quay và sử dụng cách thức tiêu chuẩn để đo tốc độ theo điện áp phần ứng trong bảng dưới:

Miêu tả mối liên hệ giữa điện áp phần ứng và tốc độ quay:


Thay đổi điện áp kích từ

Trong thí nghiệm này chúng chúng ta sẽ đo ảnh hưởng của việc thay đổi điện áp kích từ tới tốc độ quay máy điện DC mắc shunt. Đo tốc độ quay của dộng cơ bằng việc sử dụng đèn chớp.




Bây giờ mở thiết bị ảo Stroboscope từ menu INSTRUMENTS. Trước tiên, thiết lập dải tần nháy với giá trị là 30Hz.Công tắc POWER của đèn nháy nhấn ON.

Điểm sáng ở trục quay và sử dụng cách thức tiêu chuẩn để đo tốc độ theo điện áp kích từ trong bảng dưới:

Miêu tả mối liên hệ giữa điện áp kích từ và tốc độ quay:

Giải thích tại sao tốc độ quay của máy điện lại tăng lên khi giảm điện áp kích từ:


Đảo chiều quay

Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ nghiên cứu khả năng đảo chiều quay của động cơ điện một chiều mắc shunt.




Quan sát chiều quay của máy điện khi sử dụng nguồn cung cấp và sau đó kiểm tra tương ứng với bảng dưới. Thay đổi nguồn tới cuộn dây phần ứng hoặc cuộn dây kích từ.Không thay đổi các chỉ dẫn kết nối ở bảng dưới.

Kết nối của các cuộn dây Chiều quay của máy điện

Giữ nguyên cuộn dây phần ứng Giữ nguyên cuộn dây kích từ

Thuận chiều kim đồng hồ

Ngược chiều kim ồng hồ

Thay đổi cuộn dây phần ứng Giữ nguyên cuộn dây kích từ



Giữ nguyên cuộn dây phần ứng Thay đổi cuộn dây kích từ



Thay đổi cuộn dây phần ứng Thay đổi cuộn dây kích từ



Miêu tả những quan sát của bạn


Máy điện mắc kích từ nối tiếp với việc kết nối các điện trở khởi động

Trong thí nghiệm này sẽ chứng tổ dòng điện khởi động giảm đi đáng kể khhi sử dụng các điện trở khởi động.


Mở thiết bị ảo scilloscope từ menu Instruments \ Measuring Devices.

Bổ sung thêm việc kết nối với:

Kết nối kênh A tới điện áp phần ứng Kết nối kênh B tới dòng điện phần ứng (điện

áp trên shunt)

Làm theo các thiết lập dưới đây:

Channel A: 5V/DIV, DC Channel B: 500mV, DC Time base: 500 ms Trigger: Channel A, pretrigger 25%, trigger

level approx. 5 V, rising edge Single

Trước hết thiết lập các phép đo bằng cách nhấn vào nút STOP (đèn xanh sáng lên và bắt đầu chạy khởi động)

Bây giờ mở thiết bị đo ảo Startup Control từ menu INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS. Make the following settings:

Tất cả t là 0.3s

Điện áp là 20V

Công tắc nguồn cung cấp nhấn START và miêu tả từ việc quan sát các rowle tương ứng và tiếp kêu:

Công tắc nguồn cung cấp tắt trở lại.

Bây giờ thiết lập điện áp là 20V. Công tắc nguồn cung cấp nhấn START trở lại và vẽ lại đường cong vào bảng dưới:

Bây giờ lại cắt nguồn cung cấp.

Dùng một cáp nối tắt các shunt công tắc và điện trở khởi động. Sau đó đo dòng khởi động trong trường hợp này.

Bật công tắc nguồn trở lại START. Vẽ các đường cong vào giản đồ dưới:

Miêu tả bản chất của sự khác nhau về dòng điện khởi động và điện áp trong hai trường hợp.

Giải thích các kết quả trên về dòng khởi động:


Thí nghiệm vận hành ở chế độ động cơ

Với sự mở ra của trang này hai rơle đóng, tất cả các rơle khác đều mở.

Chú ýTo carry out these three related experiments (this page the following two) the card has to be slightly pulled out of the VG terminal strip.Lý do: Trong thí nghiệm này các rơle 1 và 2 thì sử dụng cái nào, khi card kết nối đẩy đủ, are parallel to the 2 starting resistors. This would interfere with the experiment.

Thiết lập máy điện kích từ song song như sơ đồ dưới.

Mở thiết bị ảo Oscilloscope từ menu Instruments/Measuring Devices.

Kết hợp với các thiết lập dưới đây:

Nối channel A tới điện áp phần ứng Nối channel B tới dòng điện phần ứng (Điện áp rơi

trên shunt).

Channel A: 5V/DIV, DC Channel B: 500mV, DC Time base: 200 ms Trigger: Channel A, pretrigger 25%, trigger level

approx. 13 V, falling edge Single

Activate the trigger before each new measurement by clicking the STOP button (the green lamp goes out and the trace starts running)

Now open the DC Motor Supply virtual instrument from the INSTRUMENTS/MOTOR CONTROLS menu. Set the unit to 20 V. Switch the POWER button of the power supply ON.

Describe your observation:

To proceed with the experiment first go to the page titled "Experiment: Run down" and observe how long it takes for the rotor to reach a standstill on the oscilloscope. Make sure that the oscilloscope is trigger ready before turning the page.

In conclusion return to this page. Wait until the machine has run up and reestablish the trigger readiness.

Now jump to the page titled "Experiment: Braking".

Again observe using the oscilloscope how long it takes for the rotor to reach a standstill. Is there a difference and if so, why is this so?

Explain the advantages in the operating response of electrical machines, which can be identified in the two traces taken on the pages "Experiment: Run down" and "Experiment: Braking"?

Các chủ đề của khoá học về động cơ ba pha

Khoá học này được thiết kế để truyền tải các kiến thức lý thuyết và thực hành về "các động cơ nhiều pha".Các khám phá tìm hiểu về các động cơ nhiều pha khác nhau với những kiểu rô-to khác nhau dựa trên các thí nghiệm là tâm điểm của khoá học và cung cấp thông tin về cách vận hành các động cơ điện, cách chúng phản ứng và hoạt động như thế nào.

Các chủ đề của khoá học:

Cảm ứng điện từ Chế độ làm việc động cơ và máy phát Các từ trường tĩnh và từ trường quay Các bộ phận và thiết kế động cơ ba pha Cấu hình đấu dây tam giác và hình sao Các phép đo dòng điện và điện áp dây và pha Các phép đo dòng và điện áp của rô-to

Các tham số định mức, bảng tham tham số và hệ số cos_phi Số cặp cực, mô men, tốc độ quay và độ trượt Đảo chiều quay Biến áp ba pha Động cơ không đồng bộ Rô-to nam châm vĩnh cửu Động cơ đồng bộ Rô-to lồng sóc Động cơ có tụ điện, mạch Stên-mét Công suất Phát hiện lỗi

Các vật liệu sử dụng trong động cơ ba pha

Vật liệu Thiết bị

SO4203-2A Giao diện Uni Tr@in -I

SO4203-2BThiết bị thí nghiệm Uni Tr@in -I

SO4204-7TCard động cơ ba pha với các rô-to khác nhau Uni Tr@in -I

SO4203-2FBộ các điện trở sơn Uni Tr@in -I

SO5146-1L Bộ các cáp nối UniTr@in-I

SO5124-7B Các phích cầu

LM2319 Đồng hồ vạn năng

mailto:UniTr@in-I

mailto:UniTr@in-I

mailto:UniTr@in-I

mailto:UniTr@in-I

MetraHit tuỳ chọn

SO4203-2B Tuỳ chọn: Thiết bị thí nghiệm Uni Tr@in -I thứ hai như một trạm dự phòng

SO4203-2DNguồn cung cấp mở UniTr@in-I

Lưu ý: Một số người hăng hái giả định rằng đã có "Một tay chơi cao thủ" (Flash Player) được cài vào trong chương trình. Nếu chưa có thì các bạn hãy cài Shockwaveplayer hoặc tải từ trên mạng xuống phiên bản mới nhất từ Macromedia.

Các động cơ ba pha SO4204-7T

Tham số kỹ thuật:

Sta-to 2 cực

Điện trở dây (200C) 20 Ôm

Điên áp định mức đấu tam giác/sao

3 x 8 V / 14V

Tần số định mức 50 Hz Dòng định mức đấu tam giác/sao 3 x 0.73 A / 0.42A Hệ số cos(φ) 0.8 Kích thước: 160 x 100 mm (H x W) Các tụ điện 100 µF

Cảm biến nhiệt độ KTY84-150 (Bảng dữ liệu)

Tốc độ cực đại (short-term) 3000 (4500) min-1

http://www.macromedia.com/shockwave/download/index.cgi?P1_Prod_Version=ShockwaveFlash

mailto:UniTr@in-I

Chú ý - Cẩn thận

Card thí nghiệm chỉ được thiết kế để chạy ở điện áp an toàn cực thấp. Nó chỉ có thể hoạt động với máy phát điện ba pha của hệ thống UniTr@in-I .

Nếu các bạn sử dụng với nguồn điện áp khác ngoài nguồn quy định nêu trên thì có thể nguy hiểm cho tính mạng.

Mô tả chức năng

Card thí nghiệm gồm một động cơ ba pha hoàn chỉnh hoạt động bình thường để nối ghép vào hệ thống cấp nguồn của hệ thống UniTr@in-I . Để phục vụ các mục đích học tập, động cơ được thiết kế mở và được trang bị với ba rô-to hoán đổi được lẫn nhau.

Card thí nghiệm còn có các bộ phận và các tham số sau:

Sta-to, 2 cực, với 3 điểm cuối các cuộn dây có thể tiếp cận được thông qua các lỗ cắm 2mm để cho phép thực hiện các cấu hình đấu dây khác nhau (tam giác, sao) theo yêu cầu.

Rô-to bằng nam châm vĩnh cửu để tiến hành các thí nghiệm về các từ trường tĩnh hoặc để lắp thành một động cơ đồng bộ có rô-to vĩnh cửu.

Rô-to với cuộn dây một pha để tiến hành các thí nghiệm về chủ đề biến áp ba pha, để đo điện áp không tải và đo dòng ngắn mạch trong rô-to.

Cuộn cảm với rô-to ngắn mạch để lắp thành một động cơ không đồng bộ với rô-to lồng sóc.

Cảm biến nhiệt độ KTY84-150 và một nguồn dòng không đổi 2mA

Tụ điện để lắp một dộng cơ có tụ điện (mạch Stên-mét) chạy với nguồn điện cấp một pha.

Trên Card có thể kích hoạt được bốn lỗi.

Card cũng còn có một đầu nối mở rộng X25 để nối với bộ đo vị trí trục quay (Encoder) hay cảm biến vị trí của rô-to.

Giới thiệu về các động cơ ba pha

Các động cơ và các máy phát ba pha đã có lịch sử tồn tại hơn một trăm năm nay. Động cơ ba pha thì được cấp một nguồn điện áp ba pha còn máy phát ba pha thì sinh ra một điện áp như vậy. Chính vì vậy khái niệm ba pha đã có từ lâu như thế.

Các động cơ ba pha có rất nhiều chủng loại và đa dạng với đủ các dải công suất khác nhau.

Ngày nay rất nhiều động cơ không đồng bộ công suất nhỏ dưới 1 kW được sử dụng trong dân dụng và trong thương mại, còn các động cơ công suất lớn hơn cho đến khoảng 30 MW chỉ có thể tìm thấy trong các nhà máy lớn và các động cơ đồng bộ công suất đên hàng GW thì chỉ có sử dụng trong các nhà máy điện.

Các độngcơ ba pha được phân chia thành:

Các động cơ đồng bộ và Các động cơ đồng bộ

phụ thuộc vào việc rô-to của chúng có quay đồng bộ với từ trường quay hay không (các động cơ đồng bộ) hay quay chậm hơn so với từ trường quay (các động cơ không đồng bộ)e.

Khi so sánh với các động cơ một chiều DC thì chúng có cấu tạo đơn giản hơn khoẻ hơn, nhất là trường hợp động cơ rô-to lồng sóc, do vậy giá thành sản xuất thấp hơn. Nó hầu như không phải chi phí cho bảo dưỡng.

Nhưng các động cơ xoay chiều ba pha lại có đặc tuyến tốc độ và mô men cố đinh. Do vậy, đã có một thời gian dài chúng không thể sử dụng được cho các bài toán yêu cầu thay đổi tốc độ khác nhau.

Các động cơ xoay chiều ba pha là các bộ biến đổi năng lương điện từ trường. Chúng biến đổi điện năng thành cơ năng (đông cơ) và ngược lại (máy phát điện). Các quá trình vật lý này dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.

Cảm ứng điện từ

Các quá trinhg xuất hiện trong các động cơ điện đểu dựa trên các nguyên lý cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Nguyên lý chung Một điện áp được sinh ra (được

cảm ứng) trong một dây dẫn khi nó di chuyển trong một từ trường.

Điện áp được cảm ứng sinh ra dòng điện trong dây dẫn nếu nó được mắc vàotrong một mạch kín.

Có một lực tác động lên dây dẫn có dòng điện chạy qua khi nó được đặt vuông góc với từ trường và lực này vuông goác với dây dẫn..

Nguyên lý động cơ Nếu một dòng điện chạy qua

một dây dẫn thì sinh ra một từ trường

Xuất hiện các lực hút và lực đẩy Có một lực F tác động lên một

dây dẫn có dòng điện chạy qua khi nó nằm trong một từ trường và lực này vuông góc với từ trường

Dây dẫn chuyển động xuyên qua từ trường

Các động cơ điện ba pha về cơ bản gồm có một phần tĩnh và một phần quay. Các phần này được gọi là:

Sta-to

Rô-to

Rô-to được gắn trên trục và quay được nhở một ổ bi đỡ.

Sta-to

Có một từ trường quay sinh ra trong sta-to nơi mà trong đó có phần lớn mạch từ của động cơ chạy qua.Cần phải có một số cuộn dây cho dòng điện chạy qua và một lõi sắt từ.

Sta-to trong động cơ thí nghiệm của chúng ta gồm có 24 cực và các ốp bằng nhôm dập theo rãnh được hàn với nhau tạo thành lõi sta-to.

Các cuộn dây được làm bằng đồng và được đặt vào trong các rãnh. Các dây đồng đưa ra ở đây là ba cuộn dây dùng cho hệ thống ba pha. Các cuộn dây được đánh dấu màu xanh, màu đỏ và màu trắng. Đầu và cuối của các cuộn dây có thể tiếp cận được qua các lỗ cắm 2mm. Nếu xét cuộn dây xanh ta thấy ở một phía nó được dẫn xuống trong 4 rãnh và nó được dẫn ngược lên cũng trong 4 rãnh đối diện ở phía bên kia.Mặt trên của lõi sắt sta-to chỉ cho ta thấy các cuộn dây được bố trí như thế nào. Chúng được xếp chéo cánh trong các rãnh kim loại và do vậy cần phải có 2x4 rãnh cho mỗi cuộn dây. Dễ dàng nhìn thấy rằng, chúng ta nói về các cuộn dây với điểm bắt đầu và điểm cuói của cuộn dây. Để tạo ra một từ trường thì chỉ cần có các cuộn dây trong các rãnh kim loại được đánh dấu trên hình bằng chấm (đầu mũi tên) và dấu thập (đuôi mũi tên) là đủ. Do vậy thông thường các đường dây quấn không được vẽ ra mà chỉ cần vẽ đầu và cuối của cuộn dây.

Nhằm để tạo ra "không gian bên trong" trống cho rô-to, các đường dây quấn được chỉ ra ở đây mặc dù chúng được bố trí ở trên và ở dưới đáy của lõi sắt. Chỗ phình ra gồm các

dây đơn được gọi là đầu dây. Trong ảnh thật ở trên đây thì đầu cuộn dây trên của động cơ trong thí nghiệm của chúng ta có thể được nhận ra bằng ba bó dây đồng được bó với nhau

.

Các cuộn dây và kim loại lót được đưa vào trong ổ của sta -to thường cũng còn được lắp thêm các cánh tản nhiệt để tăng khả năng làm mát cho động cơ.

Ngoài ra, sta-to còn có ổ bi đỡ ở giữa để đỡ trục rô-to. Trong các động cơ công nghiệp thì rô-to được đỡ ở cả hai đầu

Rô-to

Rô-to được gắn trên trục của động cơ để truyền mô men tới động cơ tải. Các rô-to có rất nhiều chủng loại và chúng có tính chất quyết định đến chất lượng làm việc của động cơ ba pha gồm:

có và khong có các cuộn dây có hoặc khong có các vòng trượt lồng sóc nam châm vĩnh cửu

Các kiểu rô-to trong thí nghiệm của chúng ta bao gồm:

Rô-to nam châm vĩnh cửu

Rô-to lồng sóc Rô-to có dây quấn

Mạch từ trong các động cơ điện

Trong một động cơ điện thì từ trường của nó tồn tại trong lõi sắt trừ khoảng hở giữa sta-to và rô-to. Điều này tạo thành một mạch từ khép kín.Các từ trường có thể được vẽ trên các đồ thị riêng bằng "các đường sức của từ trường". Các đường sức từ trường chạy từ chạy từ bên trong các cuộn dây ra ngoài xuyên qua lõi sắt, rô-to và khe hở giữa sta-to và rô-to.

Bằng cáh tích hợp một cuộn dây kích thích s với số vòng dây w tạo ra một sức từ động trường lên mạch từ.Lực tác động từ trường này tỷ lệ với dòng điện chạy trong cuộn dây và số vòng của cuộn dây:

= I*w

Ở chỗ nào các đường sức từ trường càng nhiều thì cảm ứng từ (mật độ từ thông) B càng lớn, còn chỗ nào các đường sức càng thưa thì cảm ứng từ

càng nhỏ. Đơn vị đo từ thông được gọi là Flux . Nó được tính bằng cách nhân mật độ từ thông và diện tích nó đi qua A:

Các từ trường tĩnh

Khi một cuộn dây có một dòng điện chạy qua thì lực cảm ứng từ sinh ra một từ trường có hướng xác định. Kết quả là ta có một cực nam và cực bắc.Vì các cuộn dây đặt lệch nhau 120 độ, do vậy từ trường do mỗi cuộn dây có dòng điện chay qua tạo ra đều có hướng khác nhau. Điều này được minh hoạ trên hình bên bằng các đường từ trường luân phiên thay đổi các hướng của chúng. Nếu đặt vào đó một rô-to nam châm vĩnh cửu thì xuất hiện các lực hút và đẩy. Đó là vì trong một mạch từ thì các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực ctrái dấu thì hút nhau.Phị thuộc vào vị trí của ro-to nam châm vĩnh cửu mà các lực này làm cho rô-to quay (tạo cho rô-to có một mô men quay).

Thí nghiệm 1: Các đường sức từ trường, các lực điện từ, sự hình thành mô men

Nhiệm vụ: Thí nghiệm này sử dụng một nam châm vĩnh cửu quay đê minh hoạ sự tồn tại của các từ trường bên trong sta-to.

Cắm card thí nghiệm vào thiết bị thí nghiệm. Nối cuộn dây U với điện áp cố định 5 V. Đưa rô-to nam châm vĩnh cửu vào trong sta-to. Để làm được điều này các bạn chỉ việc đơn giảmn cắm trục rô-to vào ổ bi.

Bây giờ các bạn xoaẳnô-to từ từ và đều đặn hết một vòng 360° và hãy mô tả xem rô-to cảm thấy như thế nào dựa trên các câu hỏi cụ thể dưới đây.

Lưu ý: Nếu các bạn không cảm nhận thấy tác động một cách rõ ràng thì các bạn có thể thực hiện thí nghiệm với điện áp 15 V. Tuy nhiên, điều này làm cho cuộn dây nóng lên một cách đáng kể.

Các bạn có cảm nhận được các lực đẩy và lực hút không?Có bao nhiêu điểm cực đại và cực tiểu của mô men mà các bạn cảm nhận được trong quá trình quay rô-to hết một vòng?

Các bạn hãy ước lượng góc quay giữa các từ trường khi mô men đạt cực đại!

Tại sao mô men có giá trị cực tiểu khi các cực cùng dấu để gần nhau?

Bây giờ các bạn hãy lặp lại các nội dung trên của bài thí nghiệm cho hai cuộn dây. Có gì khác giữa so với bài thí nghiệm đầu?

Thí nghiệm 2: Rô-to quay nhờ "được chuyển mạch"

Tropng thí nghiệm này các điện áp một chiều DC đựoc nối vào các cuộn dây của sta-to.

Để làm được điều này thì một nguồn điện áp được nối tới các cuộn dây của sta-to qua 3 rơ-le.

Lắp rô-to nam châm vĩnh cửu vào sta-tooNois cực âm của nguồn điện áp 15V (cực đất Ground) đến các lỗ cắm ở bên trái tương ứng của các rơ-le 1, 2 và 3.

Nối cực dương của nguồn điện áp 15Vtới các lỗ cắm ở bên tay phải tương ứng của các rơ-le 1, 2 and 3.

Nối các đầu của các cuộn dây U1, V1 và W1 đén các tiếp giẵ của các rơ-le 3,2và 1 tương ứng.

Đấu dây độngcơ theo sơ đòo

hình sao nhờ 3 phích cầu .

Sáu trang kế tiếp sẽ đề cập đến chuyển mạch tự đoọng của các rơ-le tạo theo các hệ số điện áp khác nhau tậícc cuộn dây của sta-to. Các bạn hãy nghiên cứu các trang bài tập đó và quan sát phản ứng của rô-to như thế nào. Sau đó các bạn quay lại trang này để giải thích lý do về các phản ứng đó.

Thí nghiệm: Từ trường tĩnh 1

Khi trang thí nghiệm này dược chọn thì các rơ-le được tự động chuyển mạch

Điều gì xảy ra?




Từ trường quay được tạo ra như thế nào?

Thí nghiệm đầu tiên đã mô tả một từ trường có thể được tạo ra như thế nào bằng cách cấp một điện áp mọt chiều DC vào các cuộn dây của động cơ để sau đó chúng sinh ra mô men quay bởi các lực từ trường hút và đẩy. Trong thí nghiệm thứ hai này chúng ta thâm chí còn có thể tạo ra chuyển động quay bằng cách nối lại đầu các cuộn đây.

Điều này còn dễ dàng hơn khi nối các cuộn dây vào mạng điện ba pha.

Để một rô-to của động cơ ba pha có thể quay được thì một từ trường quay cần phải được tạo ra bên trong sta-to. Các trang sau đây sẽ giải thích cách thực hiện điều đó như thế nào.

Pha-sơ của từ trường 1

Một cuộn dây có một dòng điện xoay chiều chạy qua. Nó tạo ra một lực từ động tỷ lệ với giá trị tức thời của dòng điện. Vì dòng điện thay đổi theo hình sin, nên cường độ của từ trường cũng thay đổi tương ứng theo nó.

Biên độ và hướng của từ trường được biểu diễn theo một pha-sơ có biên độ liên tục thay đổi, nhưng vị trí không gian của nó thì vẫn giữ nguyên. Cực của từ trường được biểu diễn bởi hai hướng có thể của pha-sơ.


Dòng điện I2 của cuộn dây thứ hai được dịch pha so với dòng điện của cuộn dây thứ nhất I1một góc120° .Ngoài ra cuộn dây thứ hai cũng được bố trí lệch đi một góc 120° so với cuộn dây thứ nhất.

Pha-sơ của từ trường của cuộn dây thứ hai B2 cũng thay đổi theo dạng hình sin của dòng I2 tương ứng. Nó bị dịch pha 120° so với từ trường B1, có nghĩa là có một thời gian giữ chậm hay độ trễ. Vì rằng cuộn dây cũng được bố trí lệch một góc 120°, nên vị trí của pha-sơ của từ trường B2 cũng xoay đi một góc 120° trong không gian so với pha sơ của từ trường B1.


Dòng điện I3 của cuộn dây thứ ba được dịch pha so với dòng điện của cuộn dây thứ nhất I1một góc240° .Ngoài ra, cuộn dây thứ ba cũng được bố trí lệch đi một góc 240° so với cuộn dây thứ nhất.

Pha-sơ của từ trường của cuộn dây thứ ba B3 cũng thay đổi theo dạng hình sin của dòng I3 tương ứng. Nó bị dịch pha 240° so với từ trường B1, có nghĩa là có một thời gian giữ chậm hay độ trễ. Vì rằng cuộn dây cũng được bố trí lệch một góc 240°, nên vị trí của pha-sơ của trừ trường B3 cũng xoay đi một góc 240° trong không gian so với pha-sơ của từ trường B1.

Kết quả là chúng ta quan sát được ba pha-sơ riêng rẽ thay đổi theo độ dài nhưng vị trí trong không gian thì không thay đổi.

Từ trường quay

Ba từ trường ở bên trong sta-to được xếp chồng lên nhau và cộng với lại với nhau tạo thành một từ trường tổng. Điều này có thể được biểu diễn bằng đồ thị bằng cách cộng các pha-sơ. Tổng các pha-sơ biểu diễn từ trường tổng luôn có biên độ không đổi nhưng lại có vị trí thay đổi trong không gian. Và kết quả là tạo ra một từ trường quay.

If you don't see the animation you should download Flash Player 4.0/5.0

Nếu các cuộn dây của sta-to của một động cơ ba pha được nối với ba pha của mạng điện lưới ba pha thì một từ trường quay đối xứng được tạo ra ở bên trong sta-to. Nó quay với tốc độ của tần số điện lưới.

Thí nghiệm: Một nam châm vĩnh cửu quay trong một hệ thống ba pha

Trong thí nghiệm dưới đay chúng ta sẽ khảo sát một nam châm vĩnh cửu quay đồng bộ với từ trường quay như thế nào.Các bạn hãy thiết lập thí nghiệm như hướng dẫn dưới đây:

Mở thiết bị ảo three-phase power supply trong trình đơn Instruments \ Power Supplies. Đặt các tham số sau:U = 6 V; f = 1 Hz; Ấn nút POWER

Hãy mô tả những gì các bạn quan sát được:

<texta

Số các cặp cực

Số các cặp cực là một tham số quan trọng đối với một động cơ ba pha. Nó có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của bất kỳ động cơ ba pha nào.Nếu các cuộn dây sta-to được bố trí riêng rẽ và lệch nhau về mặt cơ học một góc 120° (như trong ví dụ trước), thì động cơ có một cặp cực cho mỗi pha, có nghĩa là có hai cực. Từ trường quay tròn theo tần số của nguồn điện xoay chiều ba pha mà thông thường là 50 Hz trong một hệ thống tần số và điện áp không đổi. Do vậy, tốc độ quay của từ trường này theo phút được tính là: 50 Hz x 60s = 3000 min-1

Chúng ta có một trường hợp hơi khác trong cấu hình bên. Ở đây các cuộn dây được bố trí cách nhau về mặt cơ học tương ứng là 60 độ. Do vậy, động cơ có hai cặp cực cho mỗi pha, có nghĩa là có 4 cực. Kết quả là từ trường chỉ quay hết được một vòng sau hai

chu kỳ của nguồn nuôi. Hay nói cách khác là từ trường quay với tần số bằng nửa tần số trước đó.

Như vậy ngoài tần số của nguồn nuôi thì số cặp cực là tham số thứ hai quyết định tốc độ quay của từ trường.

Đối với các hệ thống 50 Hz thì ta có:

Số cặp cực (p) 1 2 3 4 6

Số cực 2 4 6 8 12

Vòng quay no (1/min) 3000 1500 1000 750 500

Tổng quát hoá ta có:

no = (f x 60) / p f = Tần số của lưới nguồn cung cấp p = Số cặp cực no = Tốc độ đồng bộ tính theo đơn vị1/min

Bảng các tham số động cơ

Mỗi một động cơ đều có một bảng các tham số được đóng an toàn trên vỏ máy, thông thường ở nắp hộp các đầu cắm. Ngoài các tham số của động cơ bảng này còn có thông tin về kiểu thiết kế và tên hãng sản xuất ra động cơ.

Các thông tin sau đây có trên bảng tham số động cơ :

1. Động cơ ba pha để nối với

hệ thống nguồn cung cấp ba pha. Tần số

định mức khoảng 50 Hz. Ở đây chúng ta đang nói đến

động cơ không đồng bộ ba

pha.2. Công suất cơ

khí trên trục khoảng 15 kW

3. Các tham số định mức của động cơ trong cấu hình sao là: 400 V với dòng 27.5 A

4. Các tham số định mức của động cơ trong cấu hình tam giác là: 230 V dòng 48.7 A

5. Cấp bảo vệ mô tả khả năng chịu được sự xâm hại của các chất lỏng hay những chất ăn mòn khác.

6. Hệ số cos mô tả hệ số công suất hiệu dụng theo công suất tiêu thụ.

7. Tải dưới định mức và các tham số khác

Bảng tham số động cơ15KW

được đưa ra ở đây khi đạt tốc độ định mức của động cơ được xác định.

Biến áp xoay

Từ trường bên trong của sta-to có thể được mô tả tốt nhất như là một "rô-to một pha" để biểu diễn cảm ứng tương hỗ giữa cuộn dây sta-to và rô-to. Điều này chỉ ra rằng, cách trình bày như vậy mô tả nguyên lý làm việc của một biến áp.

Nếu có một điện áp xoay chiều được nối tới cuộn dây sta-to thì xuất hiện một từ trường xoay trong stat-to với một vị trí cố định. Một điện áp lại được tạơc sinh ra trong cuộn dây rô-to với biện độ phụ thuộc váóo vòng dây và góc quay giữa từ trường và rô-to.

U2/n2 = U1/n1 cos

Điện áp ra cực đại đạt được khi góc quay là 0°. Điện áp ra trở về 0 khi góc quay bằng 90°, còn

một góc quay khác thì tạo ra điện áp tăng về biên độ nhưng lại bị dịch pha.

Nếu một hệ thống ba pha được nối tới các cuộn dây của sta-to, thì từ trường quay bên trong sta-to tạo ra một điện áp qua cuộn dây rô-to. Biên độ điện áp của rô-to không phải là hàm của góc quay mà hầu như chỉ phụ thuộc vào số vòng quay. Một vòng quay của rô-to bây giờ tạo ra độ dịch pha của điện áp rô-to.

Nếu cuộn dây rô-to được ngắn mạch thì xuất hiện một từ trường do có dòng điện chạy qua. Điều này dẫn đến việc hình thành mô men làm cho rô-to quay. Biến áp ba pha chính vì vậy là một dạng đặc biệt của động cơ không đồng bộ khi ở trạng thái dừng, hay nói cách khác là một động cơ không đồng bộ hoạt động ở trạng thái đứng yên như một biến áp ba pha.

Thí nghiệm: Biến thế xoay chiều với điện áp nguồn một pha

Trong thí nghiệm này các bạn sẽ đi xác định hệ số biến áp của biến thế và biểu diễn sự phụ thuộc của điện áp thứ cấp vào vị trí của rô-to.

Các bạn hãy thiết lập thí nghiệm như sau:

Mở thiết bị ảo Three-phase power supply trong trình đơn Instruments \ Power Supplies. Đặt các tham số sau:U = 10 V; f = 50 Hz; và ấn nút POWER

Mở thiết bị ảo oscilloscope trong trình đơn Instruments \ Measuring instruments. Các bạn hãy tự điều chỉnh các tham số của máy hiện sóng.

Xoay rô-to cho đến khi đo được giá trị điện áp cực đại của rô-to .Sao chép đồ thị vào khoảng trống dành cho đồ thị và đưa các thiết lập máy hiện sóng vào các trường tương ứng.

Cơ sở thời gian:

ms / DIV

Kênh AHệ số khuếch đại:

V / DIVChế độ hiển thị tín hiệu:

Kênh BHệ số khuếch đại :


Các bạn hãy lấy kết quả đo của hai điện áp đỉnh và tính hệ số biến đổi của biến thế:

Kênh A: Điện áp sơ cấp Uprim =: V

Kênh B: Điện áp thứ cấp Usec = V

N = Uprim / Usec =

Từ từ xoay rô-to hết một vòng 360 độ. Có bao nhiêu giá trị cực đại và bao nhiêu giá trị cực tiểu?

Các bạn hãy so sánh các điện áp của rô-to với hai giá trị cực đại. Có sự khác nhau nào không?

Thí nghiệm: Biến thế xoay chiều với điện áp nguồn ba pha

Bài thí nghiệm này cho chúng ta thấy rằng nguồn điện ba pha tạo ra một từ trường quay với biên độ không đổi và theo đó điện áp cảm ứng trên các cuộn dây thứ cấp hoàn toàn độc lập với vị trí của rô-to

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Three-phase power supply trong trình đơn Instruments \ Power Supplies. Đặt các tham số theo thiết lập sau:U = 5 V; f = 50 Hz; Sau đó ấn nut POWER.

Các bạn hãy mở thiết bị ảooscilloscope trong trình đơn Instruments \ Measuring instruments. Các bạn hãy tự đặt cấu hình của máy hiẹn sóng.

Chép đồ thị vào trong khoảng trống dành cho đồ thị dưới đây và đưa các thiết lập của máy hiện sóng vào các trường tương ứng.


ms / DIV

Kênh AHệ số khuếch đại :




Thí nghiệm: Ngắn mạch rô-to một pha

Thí nghiệm này cung cấp bài học ban đầu về các công việc chuẩn bị đối với động cơ vành trượt.

Các bạn hãy thiết lập bài thí nghiệm theo mịnh hoạ trên đây. Trước hết hãy giữ lại các cầu ngắn mạch trên rô-to.

Lưu ý: Để đảm bảo an toàn cho người các bạn hãy tuân thủ theo các quy định an toàn về điện sau:

Chỉ thực hiện bài thí nghiệm này bằng máy ohát ba pha với các tham số nhất định.

Chỉ sử dụng cáp ngắn mạch (dài tối đa khoảng 5 cm ) để làm ngắn mạch rô-to.

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Máy phát ba pha trong trình đơn Instruments/Power Supplies và đặt nó về giá trị 5V / 50Hz.

Xảy ra điều gì?

Bây giờ các bạn làm ngắn mạch rô-to bằng cáp cầu ngắn mạch. Hãy trình bày các bạn quan sát thấy được gì và giải thích tại sao.

Đấu dây hình sao và tam giác trong các động cơ

Về cơ bản thì các động cơ ba pha được thiết kế sao cho đầu và cuối của ba cuộn dây sta-to có thể tiếp cận được. Chúng phải được các kỹ thuật viên/ người dùng đấu theo đúng cấu hình trong quá trình lắp đặt.

Nhìn chung các cuộn dây có thể được đấu theo hình sao hay hình tam giác. tuy nhiên, ở đây các bạn phải ý thức được một thực tế là sẽ tạo ra các điện áp khác nhau trong các cuộn dây khi các cuộn dây được đấu khác nhau. Do vậy, trước khi nối điện vào một động cơ điện thì trước hết các bạn phải nhìn vào bảng chỉ dẫn nối dây trên động cơ để đấu dây cho đúng.

Tại sao điện áp lại khác nhau trong các cuộn dây khi đấu theo các sơ đồ đấu dây hình tam

giác và hình sao?

Đấu đay hình sao:

Các điện áp giữa hai pha không ứng với các điện áp pha:Udâyi = 1.73 Upha

Các dòng điện lưới ứng với dòng điện pha:Idây = Ipha

Lưu ý: Trong cách đấu hình sao thì các điện áp trong các cuộn dây

thấp hơn, còn các dòng trong các cuộn dây thì lớn hơn.

Trong một tải ba pha thì thiết kế chuẩn đối với đầu các cuộn dây pha là U1, V1, W1 và cuối các cuộn dây pha ký hiệu là U2, V2, W2. Do vậy sơ đồ đấu dây trong hình bên là sơ đồ đấu dây hình sao.

Cuối các cuộn dây được nối với điểm giữa chung. Nếu các động cơ ba pha có tải đối xứng, thì không cần nối điểm giữa với dây trung tính.

Cách đấu hình tam giác:

Điện áp giữa hai pha được nối

trực tiếp đến các cuộn dây pha:Udây = Upha

Dòng điện dây phân phối đều cho các cuộn dây pha:Idây =1.73Ipha

Lưu ý:

Trong cách đấu dây tam giác thì các điện áp pha cao hơn và dòng

điện pha thì thấp hơn.

Trong thực tế thì cấu hình đấu dây cho ở hình bên là cấu hình đấu dây tam giác.

Cuối của cuộn dây này được nối với đầu cuộn dây sau. Điểm giữa không tồn tại, không được nối với dây trung tính.

Các phép đo với động cơ ba pha nối theo hình tam giác và hình sao

Trong bài thí nghiệm dưới đây các bạn sẽ tiến hành khảo sát các động cơ trong cấu hình tam giác và hình sao dựa trên cơ sở đo điện áp và dòng điện.

Sta-to được nối theo hình sao như minh hoạ ở hình trên. Bây giờ có một điện trở đo (sơn) được nối vào cuộn dây pha U để đo dòng.

Các bạn hãy mở thiết bị ảoVoltmeter A trong trình đơn Instruments \ Measuring instruments. Điện áp và dòng điện xoay chiều được đo theo giá trị trung bình rms. Dải đo thấp nhát sẽ cho kết quả đo chính xác nhất khi không có quá tải.Đặt các thiết bị đo theo các tham số riêng của các bạn.

Mở thiết bị ảo Amperemeteaotrong trình đơn Instruments \ Measuring Instruments . Nhập giá trị của điện trở sơn vào trường thích hợp. Đặt các tham số đo theo các tham số của các bạn.

Các bạn hãy đo điện áp pha UU qua các lỗ cắm U1-U2 và dòng điện pha IU.

Các bạn hãy mở máy phát ba pha và đặt kênh A về chế độ hiển thị tần số và điện áp:f= 50 Hz, UU = 10V

Nhập các giá trị đo được vào:

Điện áp UU = V Dòng pha IU.= A

Công suất điện tiêu thụ tính được:

PY = 3 * UU * IU = VA

Lấy hai phích cầu ở phía dưới và điện trở sơn ra sao cho sta-to được nối thnàh tam giác và tiến hành lại các phép đo trên đây:

Điện áp UU = V Dòng điện pha IU.= A

Công suất điện tiêu thụ tính đượctrong cấu hình tam giác là:

P = 3 * UU * IU = VA

Giải thích tại sao các điện áp , dòng điện và công suất thay đổi ở trong sta-to, mặc dù máy phát không thay đổi cấu hình:

Máy phát điện ba pha

Một hình ảnh của một máy phát điện ba pha đơn giản được cho trên hình dưới đây để giúp chúng ta hiểu được tốt hơn về máy phát điện. Một nam châm vĩnh cửu làm rô-to.Sta-to cần phải có ba cuộn dây. Đầu của các cuộn dây pha được gọi là các đầu điện áp dây. Cuối các cuộn dây được nối với nhau và tạo thành điểm nối giữa

Nếu rô-to được đưa vào hoạt động thì nó quay với một tốc độ không đổi và các điện áp được tạo ra trong các cuộn dây. Các điện áp này có dạng hình sin. Chúng đạt giá trị dương lớn nhất khi cực bắc của nam châm quay đi qua điểm giữa của từ trường và giá trị âm lớn nhất khi cực nam của nam châm qua điểm giữa nói trên.

Vì ba từ trường lệch nhau 120, nên ứng với chúng các điện áp sinh ra cũng lệch pha nhau 120.

Đo độ dẫn điện trong máy phát điện ba pha

Trong thí nghiệm đơn giản này đông cơ ba pha hoạt động như một máy phát điện. Rô-to bằng nam châm vĩnh cửu được quay bằng tay và sau đó cảm ứng ra một điện áp trong các cuộn dây của sta-to. Điều này có thể được kiểm chứng bằng một máy hiện sóng.

Các bạn hãy đưa rô-to nam châm vĩnh cửu vào trong sta-to. Hãy kiểm tra và vặn một con ốc chữ thập vào rô-to để xoay nó bằng tay được dễ dàng. Sta-to được đấu theo hình sao, nhưng không được nối vào điện lưới. Các bạn hãy nối các lỗ cắm của nó vào máy hiện sóng của hệ thống UniTr@in-I để đo điện áp được tạo ra.

Chú ý : Trong trường hợp này thì không cần phải chỉnh thật nét hình trên máy hiện sóng vì chúng ta đang khảo sát tín hiệu không có chu kỳ.Các bạn hãy kích hoạt chế độ có nhớ bằng cách ấn nút chế độ SINGLE. Ghim tín hiệu trên kênh A và đặt mức ghim sao cho khi rô-to đứng yên thì không có tín hiệu sóng nào mà chỉ có khi nào ta quay nó. Ấn lại nút STOP trước mỗi phép đô để thiết lập lại chế độ đo. Kinh nghiệm để có hiển thị tốt trên máy hiện sóng :Kênh A: 2V/DIVKênh B: 2V/DIVCơ sở thời gian: 5ms/DIV

Bây giờ các bạn hãy quay rô-to nhanh hết cỡ bằng cách dùng hay ngón tay xoay nhanh trục của nó. Quay càng nhanh thì điện áp và tần số nhận được càng lớn. Sao chép đồ thị trên máy hiện sóng vào ô trống dành cho đồ thị dưới đây:


ms / DIV

Kênh AHệ số khuếch đại :




Mô tả dạng đường cong điện áp:

Động cơ không đồng bộ

Các rô-to của các động cơ không đồng bộ có thể được thiết kế theo kiểu vòng trượt hoặc theo kiểu lồng sóc, mà cả hai đều dựa trên cùng một nguyên lý hoạt động. Vì lý do này mà ở đay chúng ta chỉ xét đến các rô-to ngắn mạch hay rô-to lồng sóc. Rô-to lồng sóc gồm có một số dây dẫn (thanh dẫn) được ngắn mạch bởi hai vòng ngắn mạch ở hai đàu chủa chúng.

Trên các thanh dẫn thì dòng điện dương có màu đỏ, dòng điện âm thì có màu xanh đậm, còn màu xám là không có dòng điện chạy qua. Từ trường quay với tốc độ không đổi. Ro-to không quay đồng bộ với tốc độ của từ trường mà quay chậm hơn một chút. Các điện áp được cảm ứng qua các thanh dẫn như là hậu quả của chuyển độngtwơng đối của các dây dẫn trong từ trường quay. Những điện áp này tạo ra dòng điện qua các vòng đoản mạch. Các dây dẫn có dòng điện chạy qua tạo ra các lực tổng hợp vào trong từ trường

Rô-to lồng sóc

Rô-to lồng sóc về cơ bản gồm có ba thầnh phần (vật liệu) sau:

Một lõi hình trụ gồm các lá thép kỹ thuật được ép chặt và cách điện với nhau có khía rãnh ở phía ngoài để đặt các thanh dẫn của rô-to (ở đây ta thấy có 22 thanh)

Các thanh dẫn nhôm và các vòng ngắn mạch Trục

Trên rô-to chưa hoàn thiện ở bên phải ta nhìn thấy các đầu của của 22 thanh dẫn nhôm. Các thanh dẫn được chế tạo ra bằng cách người ta rót nhôm nóng chảy vào các đường rãnh của lõi thép. Cuối cùng người ta đúc các vòng ngắn mạch vào các đầu trên và các đầu dưới của các thanh dẫn và đóng trục vào và lắp rô-to vào động cơ theo kích thước yêu cầu.

Ở hình bên trái ta nhìn thấy một rô-to ngắn mạch hoàn chỉnh. Chung có thể nhận thấy các thanh dẫn nhôm cũng như các vòng ngắn mạch.

Tốc độ, độ trượt

Theo nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ thì tốc độ n của động cơ phải nhỏ hơn tốc độ đồng bộ n0 của từ trường quay để tạo ra mô men quay.

Khi động cơ chạy không tải thì tốc độ quay không tải của nó gần bằng tốc độ đồng bộ. Khi có tải thì tốc quay của động cơ giảm xuống khoảng 5% đến 15% so với tốc độ đồng bộ.

Để có thể miêu tả hiện tượng kỹ thuật này người ta đã đưa ra một đại lượng gọi độ trượt s.

Bình thường thì độ trượt s được định nghĩa như là một độ lệch tốc độ so với tốc độ đồng bộ và nó được biểu diễn như sau:

s = (n0-n) / n0

Độ trượt của một động cơ khi chạy không tải và không phụ thuộc vào tải có giá trị xấp xỉ bằng không, tăng dần lên theo tải và có thể đạt được giá trị 1 khi động cơ bị quá tải phải dừng lại.

Mô men và công suất

Các dòng điện chạy trong các thanh dẫn của rô-to lồng sóc tạo ra các lực gọi ký hiệu là F. Các lực thành phần được cộng lại với nhau trên các thanh dẫn và tạo ra một mô men qua cánh tay đòn. Nhưng mô men này không bằng nhau tại các vận tốc khác nhau. Quan hệ giữa tốc độ và mô men có thể được mô tả bằng đồ thị một đường đặc tuyến.

ác động cơ không đồng bộ có rất nhiều đường đặc tuyến đặc trưng.

Một đường đặc tuyến tải của một động cơ không đồng bộ được trình bày trên hình bên. Các điểm đặc trưng là:

1. Mô men khởi động 2. Mô men quay

3. Mô men cản

T

Vùng đặc tuyến trên mô men cản đặc biệt quan trọng vì tốc độ trong vùng lân cận giá trị mô men cản là tốc độ đồng bộ. Một động cơ làm việc ở chế độ không tải hầu như đạt được tốc độ đồng bộ trên trục tốc độ. Khi có tải thì mô men tăng và tốc độ giảm. Nếu mô men cản đạt hoặc vượt giá trị mô men cực đại thì động cơ dừng lại.

Quan hệ giữa mô men và công suất được biểu diễn bởi biểu thức sau:

M = (P *60) / (n * 2 * ) = 9,55 * P / n

n được cho theo đơn vị vòng /phút (min-1)

Sơ đồ mạch điện tương đương của động cơ điện ba pha

Ngày nay các động cơ điện thường chạy trong các mạng biến tần và được nối với các bộ biến tần. Cũng giống như các bộ biến tần cong nghệ cao phổ biến ngày nay, nguồn cung cấp riêng biệt UniTr@in-I của chúng tôi cũng tạo ra một hệ thống ba pha với biên độ và tần số điều chỉnh được để phục vụ cho các bài thí nghiệm. Trước hết chúng ta phải làm quen với khái niệm sơ đồ mạch điện tương đương để có thể hiểu được biểu hiện của động cơ trong lúc chạy.

Các động cơ ba pha gồm có một số cuộn dây của sta-to và của rô-to bố trí theo cặp với nhau. Một động cơ ngắn mạch với ba cuộn dây của sta-to và một cuộn của rô-to có thể biểu diễn dưới dạng đơn giản được trình bày trên hình bên.

Nếu chúng ta hạn chế chỉ khảo sát một trong ba cặp dây thì độ phức tạp của hình vẽ sẽ giảm và được đơn giản đi đáng kể. Vì chúng ta đề cập đến một hệ thống đối xứng, nên toàn bộ những điều nghiên cứu ở đây hoàn toàn có thể áp dụng được cho hai cặp dây còn lại khác.

mailto:UniTr@in-I

Một cặp cuộn dây được ghép cặp với nhau

Sơ đồ mạch tương đương một pha đầu tiên

Vì một cuộn dây đồng không chỉ có cảm kháng L mà còn có cả điện trở ôm ký sinh R. Dòng điện chạy qua các cuộn dây được xác định bởi cả hai thành phần điện trở và điện cảm. Vì các cuộn đay được nối với hệ thống dòng xoay chiều, nên các phần điện kháng có giá trị điện trở được đo bằng ôm.Nó được tính theo biểu thức sau:

XL= 2**f*L

Cảm ứng từ B của các cuộn dây tác động qua lại với nhau. Cuộn dây của sta-to thì tạo ra một dòng trong cuộn dây rô-to và ngược lại. Do vậy mà sơ đồ mạch tương đương một pha có thể biến đổi thành một sơ đồ tương đương khác với dòng điện Ih chạy qua cuộn ứng chính và sau đó từ hoá cho cả sta-to và rô-to.

Trong biểu diễn này tải cơ khí của rô-to được thay bằng điện trở tải ở phía bên phải và độ trượt s đựơc dùng để biểu diễn độ lớn của tải.

Những kết kuận ngoài lề:

Không tải:Biểu thức (1-s) / s tiến đến vô cùng trong chế độ không tải (vì s -> 0) và không có dòng I2 chạy.Dòng tổng I1 đưa vào động cơ đúng bằng dòng từ hoá Ih.

Tải cơ khí:Khi có một tải cơ khí thì tốc độ của các động cơ không đồng bộ bị giảm xuống và độ trượt tăng lên. Dòng điện I2 được sinh ra và phụ thuộc vào tải cơ khí.

Dòng điện I1 đưa vào động cơ bị chia ra thành dòng từ hoá Ih và dòng tích cực phụ thuộc tải I2.

Động cơ đứng lạiKhi một động cơ đứng lại (S -> 1) thì tích của biểu thức (1-s)/s bằng 0. Và kết qủa là giá trị điện trở ở bên tay phải bằng 0. Dòng điện I1 được đưa vào trong động cơ được chia thành dòng tích cực phụ thuộc tải I2 mà bây giờ được xác định bởi R2 và dòng từ hoá Ih.

Các điện cảm dò

Hai điện cảm X1 và X2 biểu diễn các điện cảm dò rỉ bao gồm các tác động tản mát của chúng. Trong các biểu thức dưới đây thì chúng thường được bỏ qua. Tuy nhiên điện trở R1 lại tạo ra nhiễu đáng kể và không thể bỏ qua được.

Các phép đo trong sta -to

Với những phép đo dưới đây có thể mô tả được các biểu hiện phản ứng của một sta-to tại các tần số khác nhau và có thể xác định được các thành phần của mạch điện tương đương của nó.

Các bạn hãy thiết lập bài thí nghiệm như sau:

Trong chế độ một pha thì cuộn dây U của sta-to được nối với đầu V1 và COM của máy phát ba pha.Using the voltmeter A the voltage UU is measured at the

winding.Các bạn hãy sử dụng am-pe kế B để đo dòng IU qua một điện trở sơn 1 .

Trong trình đơn Instruments / Power Supplies các bạn hãy mở DC Power Supply, đặt biên độ (trên vôn kế) về giá trị 6V. Đo dòng IU và sao chép kết quả nhận được vào ô trả lời dưới đây:

mA

Điện trở ôm của cuộn dây R = U / I là bao nhiêu:

Trong trình đơn Instruments/Power Supplies các bạn hãy mở nguồn cung cấp và đặt biên độ (trên vôn kê) về giá trị 6V. Đặt tần số f như cho trong bảng và đo giá trị dòng điện iU và sao chép các kết quả vào bảng tương ứng.

Điểm làm việc và đặc tính điều khiển của động cơ không đồng

bộ

Các độngcơ không đồng bộ và mạch từ của chúng được thiết kế đối với độ từ hoá không thay đổi. Điều này có nghĩa là biên dộ của từ thông bên trong sta-to phải không thay đổi theo tần số (bằng nhau tại mọi tần số). Trong các hệ thống có tần số thay đổi thì phải đẩm bảo những điều kiện nhất định để đạt yêu cầu trên.

Nếu một hệ thống ba pha với điện áp không đổi được nối với các cuộn dây của sta-to, thì dòng trong sta-to sẽ thay đổi khi có sự thay đổi tần số. Khi tần số giảm thì dòng sta-to tăng và do đó làm cho từ thông tăng theo.

Muốn duy trì từ thông không đổi khi tần số thay đổi thì điện áp phải được thay đổi đồng thời. Và chiến lược duy trì dòng sta-to không đổi được gọi là "điều khiển đặc tuyến động cơ" thông qua đặc tuyến U/f.

Bắt đầu từ một điểm mở máy điện áp đựơc tăng lên tỷ lệ với tần số cho đến khi đạt được một giá trị cực đại. Giá trị cực đại này ở đây là điện áp nguồn cấp cực đại của máy phát ba pha trên thiết bị thí nghiệm UniTrain-I. Trong thí nghiệm này tần số đạt được ở giá trị cực đại được gọi là tần số cắt.

Điện áp mở máy là điện áp đường tràn của đặc tuyến điều khỉen bắt đầu ở bên trái. Điện áp mở máy này đúng bằng điện áp bù sụt áp trên các cuộn dây tại dòng định mức.

Vì độ từ hoá tỷ lệ với dòng từ hoá và do vậy nó cũng gần như tỷ lệ với dòng không tải, nên dòng không tải hầu như phải không đổi tại mọi tần số. Để kiểm tra xem đường đặc tuyến có thiết lập tốt không thì ta có thể thực hiện một phép đo khi không có tải.

Thí nghiệm: Đặc tuyến điều khiển của động cơ không đồng bộ

Trong thí nghiệm này chúng ta sử dụng "đặc tuyến điều khiển" để đặt cấu hình đặc tuyến U/f tối ưu cho một động cơ.

Các bạn hãy mở các thiết bị ảo gồm Voltmeter A và Ammeter B trên trình đơn Instruments / Measuring Instruments. Hãy nhập giá trị của điện trở sơn và đưa nó về dải đo thích hợp.

Hãy mở thiết bị ảo Motor Control trên trình đơn Instruments.Điện áp định mức và tần số định mức của động cơ lồng sóc lên khoảng 14V và 50 Hz khi đấu sao. Hãy mở cửa sổ các đặc tuyến bằng cách kích chuột lên nút U/f và dùng chuột kích lên 14V / 50Hz để đặt điểm cắt của đặc tuyến và chọn vị trí mong muốn bằng cách ấn và giữ nút. Các bạn cũng đặt điện áp mở máy của đặc tuyến cho các phép đo đầu tiên về 0 V.Thời gian tăng ở đây không có ảnh hưởng và có thể đặt về 1 s. Bây giờ các bạn hãy ấn nút POWER .

Trước mỗi phép đo các bạn hãy đặt tần số bằng cách sử dụng các nút "High" hay "Low" . Các hãy đo điện áp sta-to và dòng rô-to cho mỗi tần số được xác định trong bảng và đưa các giá trị đo được vào trong bảng (cột 3 và 4)

Đảo chiều quay

Chiều quay của trường điện từ trong động cơ xoay chiều ba pha có thể đổi được bằng cách hoán đổi hai pha với nhau.

Khi các động cơ xoay chiều ba pha được nối vào hệ thống điện áp không đổi và tần số không đổi thì khi muốn đổi chiều quay của chúng các bạn có thể hoán đổi hai cáp bằng tay hoặc tự động thông qua các rơ-le.

Khi các động cơ ba pha được nối với một hệ thống có điện áp biến đổi chẳng hạn như được cấp từ các bộ biến tần hoặc hệ thống UniTr@in-I thì chúng có thể "chuyển sang" bằng điện tử.

Thí nghiệm: Đảo chiều qauy của động cơ

Trong thí nghiệm này chiều quay của động cơ được đảo lại bằng cách hoán đổi hai pha của các cuộn dây. Ngoài ra, so với các thí nghiệm trước thì các bạn không thể nối động cơ bằng các phích nối cầu, mà để đấu chéo các cuộn dây V và W thì các bạn phải sử dụng cáp được trang bị riêng cho bài thí nghiệm.

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Motor control trong trình đơn Instruments.

Các bạn hãy mở cửa sổ các đường đặc tuyến bằng nút U/f và điểm cắt của đường đặc tuyến về 14V / 50Hz.

Các bạn cúng đặt điện áp mở máy của đường đặc tuyến về giá trị 6 V.

Ấn nút POWER.

Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ hay theo chiều ngược kim đồng hồ?

Hoán đổi các đầu cắm của các cuộn dây V và W.

mailto:UniTr@in-I%20system,%20the

Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ hay theo chiều ngược kim đồng hồ? Các bạn hãy giải thích những điều ghi nhận được.

Ấn nút CW / CC ở trên bộ điều khiển động cơ.

Động cơ quay theo chiều kim đồng hồ hay theo chiều ngược kim đồng hồ? Các bạn hãy giải thích những điều ghi nhận được.

Các động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ được mô tả ở đây là một mô hình với rô-to nam châm vĩnh cửu. Do các đặt tính động vượt trội của chúng mà ngày nay các động cơ này đóng vai trò lớn đặc biệt trong trong lĩnh vực điều khiển servo.

Chú ý: Trong dải công suất lớn thì các động cơ đồng bộ được trang bị các rô-to cực lồi và cực tròn (cực ẩn) đóng vai trò chủ yếu. Tuy nhiên, những động cơ này chỉ được trình bày trong hướng dẫn thí nghiệm sau này, nên sẽ không được trình bày ở đây.

Rô-to của động cơ đồng bộ quay đồng bộ với từ trường quay sinh ra nó.

Khi có tải thì tốc độ quay của rô-to sẽ giữ ổn định cho đến khi mất đồng bộ và dừng lại.

Cần phải tiến hành các phép đo đặc biệt để xác định độ tin cậy của các động cơ không đồng bộ.

Mở máy động cơ đồng bộ

Thí nghiệm này mô tả các vấn đề diễn ra trong quá trình mở máy động cơ đồng bộ và nêu lên các biện pháp khắc phục.

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Three-phase Power Supply trong trình đơn Instruments / Power Supplies .Đặt các tham số về 7 V / 1 Hz và ấn nút Power.

Điều gì xảy ra? Các bạn hãy giải thích nguyên nhân!

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Three-phase Power Supply trong trình đơn Instruments / Power Supplies .Đặt các tham số về 7 V / 1 Hz và ấn nút Power.


Ngắt máy phát ba pha và thay vào đó các bạn mở Motor Control trong trình đơn.Chọn cửa sổ các đường đặ tuyến U/fổtng trình đơn Motor Control và đặt tần sắt về 14V / 50 Hz và điện áp mở máy về 0V.Đặt thời gian tăng về 10 s và tần số về 50 Hz. Ấn nút POWER.


Ngắt nguồn điện bằng cách nhả nút POWER trong motor control. Chọn cửa sổ các đường dặ tuyến U/f trong trình đơn motor control và đặt điện áp mở máy về 6V và tần số cắt về 14V tại tần số 50 Hz.Bây giờ các bạn đặt tần số về 100 Hz và mở máy lại động cơ. Các bạn có thể giảm thời gian tằng trong phạm vi bao nhiêu mà không làm cho động cơmất đồng bộ?

Hoạt động trong chế độ đấu tam giác

Thí nghiệm này sẽ trình bày cách có thể nâng cao một cách đáng kể công suất của một động cơ lồng sóc hay động cơ đồng bộ trong cấu hình đấu dây tam giác khi nối vào mạng lưới điện xoay chiều ba pha mà không làm vượt quá các giá trị tham số làm việc định mức hay cực đại của nó. Tuy nhiên, để làm được điều đó thì các bạn phải chọn được các tham số thích hợp.

Các bạn hãy nối động cơ theo cấu hình đấu dây tam giác:

I

Trong trình đơn thiết bị các bạn chọn Motor Control Unit:

Điện áp định mức và tần số định mức của động cơ lồng sóc được nối theo cấu hình sao là khoảng 14V và 50 Hz. Các bạn hãy chọn cửa sổ các đường đặc tuyến bằng nút U/f và đặt điểm cắt của đường đặc tuyến về giá trị14V / 50Hz bằng cách bấm chuột lên nó và rê kéo nó về vị trí mong muốn trong khi bấm giữ chuột. Các bạn cũng đặt điện áp mở máy của đường đặc tuyến về 0V cho các lần đo đầu tiên.Bây giờ các bạn hãy ân nút POWER và trước bắt đầu mối phép đo các bạn nhớ đặt tần số bằng các nut to "Up" hoặc "Down". Ở đây thời gian tăng không có ảnh hưởng gì nên các bạn có thể đặt về 10 s.

Các bạn hãy đo điện áp sta-to và dòng sta-to đối với mỗi tần số được liệt kê trong bảng dưới đây (trong cột 2 và 3).

Bây giờ các bạn hãy nối động cơ về cấu hình đấu đay tam giác:

Trong cửa sổ điều khiển động cơ các bạn hãy thay đổi tần số cắt về 14V và 87 Hz. Điện áp mở máy vẫn giữ nguyên 0V.

Các bạn hãy đo điện áp sta-to và dòng sta-to dối với mỗi tần số được cho trong bảng dướ đây (cột 4 và 5).

Đo nhiệt độ với cảm biến KTY

Các động cơ bị nóng lên trong quá trình làm việc. Trong trường hợp quá tải, hỏng dây cuốn, đấu nối sai hay chọn không đúng tham số đều làm tăng vọt nhiệt độ trong động cơ và có khi thậm chí có thể gây ra hoả hoạn.

Nhằm ngăn ngừa các nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trong động cơ người ta lắp các cảm biến nhiệt độ vào trong các cuộn dây để đưa ra cảnh báo hay ngắt mạch. Ngoài ra, trong các bộ ngắt mạch nhiệt dựa trên nguyên lý hoạt động của cặp kim loại người ta cũng gắn cả các cảm biến hiện đại được thiết kế trên nguyên lý hoạt động của các chất bán dẫn kiểu như KTY 84.

Điện trở của KTY 84 có hệ số nhiệt dương. Nó có thể được sử dụng trong dải từ 40 °C đến 300°C đối với các phép đo chính xác.

Đồ thị biểu diễn đường cong của điện trở như một hàm của nhiệt độ môi trường xung quanh.

Nhằm hạn chế được càng nhiều càng tố những ảnh hưởng của hiện tượng nóng lên ở bên trong động cơ và đơn giản hoá các phép đo cảm biến được nối với một nguồn dòng ổn định và hoạt động với dòng làm việc tại giá trị I = 2mA phù hợp với bảng các tham số.

Theo R = U / I thì điện trở của KTY84 tỷ lệ thuận với điện áp. Điện áp và do vậy cả điện trở có thể được xác định trực tiếp từ điện áp đo được.

Các phép đo nhiệt độ tại các dòng điện khác nhau

T

Thí nghiệm này minh hoạ ảnh hưởng của các dòng điện sta-to lên nhiệt độ của cuộn dây.

Thí nghiệm đo nhiệt độ

Như trình bày trên hình thì động cơ rô-to lồng sóc được đấu dây theo hình sao.

Các bạn hãy mở thiết bị đo nhiệt độ trong trình đơn Instruments/Measuring Instruments. Ghi lại nhiệt độ nguội Tcold của động cơ.

(Do thực hiện các thí nghiệm trước mà có thể động cơ đã bị xấy nóng. Nên nhiệt độ này phải được ghi lại)

Tcold = °C

Trong trình đơn Instruments/Power Supplies các bạn mở nguồn ba pha ảo. Đặt tham số về giá trị 14V và 10 Hz và bật nguồn bằng nút POWER. Quan sát nhiệt độ chừng 2 đến 3 phút và mô tả điều gì xảy ra?

Bây giờ giảm điện áp xuống 4V. Điều gì xảy ra với tốc độ động cơ và điều gì xảy ra với nhiệt độ sau 2 đến 3 phút?

Tại sao biết nhiệt độ động cơ lại quan trọng như vây?

Động cơ có tụ điện

Trong nhiều trường hợp vì lý do kinh tế và tính đơn giản người ta phải lựa chọn phương án thiết kế động cơ xoay chiều một pha.Vì tính hiệu quả về giá thành công suất mạnh các đọng cơ cần một từ trường quay, mà điều đó trước hết cần phải cấp cho chúng nguồn một pha. Một phương pháp để tạo ra từ trường quay là tạo ra sự dịch pha bằng cách sử dụng tụ điện.

Bên cạnh dòng điện chính thì có thể tạo ra một dòng điện dịch pha trong một cuộn dây phụ. Hai từ trường tỷ lệ với các dòng điện chồng lên nhau để tạo ra một từ trường quay.

Nhưng các động cơ ba pha chuẩn được trang bị ba cuộn dây thì cũng có thể hoạt động tương tự như vậy thông qua một tụ điện trên nguồn cung cấp một pha sao cho đáp ứng của chúng ứng của chúng ứng với một động cơ ba pha chuẩn. Mạch điện phổ bién nhất cho mục đích này được gọi là mạch Stên-mét (Steinmetz).

Từ trường quay của một động cơ có tụ điên

Các động cơ có tụ điện đặc trưng có hai cuộn dây đặt vuông góc 900 với nhau. Các cuộn dây này được cấp bời các dòng điện cũng bị dịch pha 900. Các nguồn này gây ra một từ trường đứng yên nhưng có biên độ thay đổi và hướng theo đường đặc tuyến dòng điện trong hai cuộn dây . Chúng đực xếp chồng lên nhau thành một từ trường tổng quay với biên độ không thay đổi tạo ra một trường pha-sơ quay.

Thí nghiệm: Nối động cơ ba pha theo mạch Stên-mét

Động cơ ba pha không đồng bộ với rô-to ngắn mạch hay rô-to lồng sóc trong cấu hình đấu dây tam giác có thể chạy được bằng nguồn xoay chiều một pha AC nhờ một tụ điện nối theo mạch Stên-mét.

Các bạn hãy thiết lập thí nghiệm theo sơ đồ dưới đây. Trong quá trình thiết lập các bạn hãy chắc chắn rằng động cơ ba pha chỉ có nối với một pha của máy phát ba pha của thiết bị thí nghiệm UniTr@in-I.

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Motor Control Unit trong trình đơn Instruments.

Hãy sử dụng nút U/f để mở cửa sổ các đường đặc tuyến và đặt điểm cắt của đường đặc tuyến về 14V / 50Hz bằng cách kích bấm chuột lên điểm mong muốn và ấn rê nó đến vị trí đó. Đặt điện áp mở máy của đường đặc tuyến về giá trị 10 V.Bây giờ các bạn ấn nút POWER . Thời gian tăng không có ảnh hưởng nên các bạn chọn giá trị 1s.

Bây giờ đặt tần số 50 Hz và mô tả những gì xảy ra:

Các bạn hãy mở thiết bị ảo Oscilloscope trong trình đơn Instruments. Kênh A ở dải đo 5V/DIV được nối với UU

Kênh B tại dải đo 5V/DIV được nối với UV, rồi sau đó nối với UW

TIME/DIV đặt về 5ms/DIV

Ghim trên kênh A

Các bạn hãy đo các điện áp sta-to bằng máy hiện sóng.

UU and UV

UU and UW


ms / DIV

Kênh AHêk số khuếch đại:




tl dich thi nghiem may dien multimedia 1

Documents