Báo cáo Thí nghiệm Biến đổi năng lượng điện cơ (Bản đầy đủ)

BÀI 1:ĐO LƯỜNG TẢI 3 PHA
I.MỤC TIÊU:
- Tìm hiểu,làm quan với các thiết bị đo và phương pháp đo lường công suất tác dụng (W), 
công suất biểu kiến (VA), công suất phản kháng (VAR) và hệ số công suất PF trong mạch 3 
pha.
II.THÍ NGHIỆM:
A.Lắp đặt:
- Nguồn 3 pha được nối với 1 động cơ KĐP 1Hp 380V nối Y
Sơ đồ nguyên lý động cơ AC KĐB gắn với tải cơ học
B.Đo công suất ở trường hợp tải cân bằng-không bù:
- 3 pha của động cơ được nối với 3 pha của nguồn điện.Dây trung tính của động cơ nối với 
dây trung tính của nguồn.
- Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cách cấp nguồn từ bộ nguồn 3 pha và giá trị điện áp 
không đổi (U< 200V).
- Kết quả:
Varms = 161,1 V Vbrms = 172,2 V Vcrms = 163,2 V
Iarms = 0,81 A Ibrms = 0,8 A Icrms = 0,79 A
Cosφa = 0,166 Cosφb = 0,066 Cosφc = 0,09
Ia =0,81.cos(ωt+800) Ib =0,8.cos(ωt+860) Ic = 0,79.cos(ωt+850)
- Vẽ biểu đồ pha:
Giản đồ pha
- Nhận xét: Theo lý thuyết, trường hợp tải cân bằng không bù nên giá trị điện áp, dòng điện hệ 
số công suất của từng pha xấp xỉ như nhau.Giản đồ pha cho thấy các góc pha lệch nhau 1 góc 
gần bằng 1200.
- Công suất biểu kiến,tác dụng và hệ số công suất của từng pha:
Sa = 261 VA Sb = 262 VA Sc = 274 VA S∑ = 797 VA
Pa = 33 W Pb = 11 W Pc = 38 W P∑ = 82 W
Qa = 257 VAR Qb = 260 VAR Qc = 268 VAR Q∑ = 785 VAR
PFa = 0,115 PFb = 0,038 PFc = 0,111
- Mối quan hệ giữa S,P,Q,PF trên pha a theo công thức lý thuyết:
PFa = 
a
a
P
S =
33
621
=0,126
2 2 2 233 257 259a a aS P Q VAR= + = + =
- Nhận xét: Giữa lý thuyết và thực nghiệm có sai số không đáng kể do sai số trong quá trình 
đo. Nhìn chung kết quả thực nghiệm gần đúng với lý thuyết.
C.Đo công suất ở trường hợp tải cân bằng, có bù:
- Lấy tụ bù nối ∆ gắn song song với động cơ không đồng bộ.
- Đo P,Q,S,PF từng pha của bộ nguồn.
Sa = 280 VA Sb = 279 VA Sc = 260 VA
Pa = 44,8 W Pb = 22,32 W Pc = 33,8 W
Qa = 279 VAR Qb = 276VAR Qc = 259 VAR
PFa = 0,16 PFb = 0,08 PFc = 0,13
- Xác định giá trị tụ bù theo kết quả PF nhận được theo công thức:
Pha a:
2 2 2
(257 279) 0,64
. 2 . 2 .50.( 3.191,5)
0,64
a a
a
a a
a b c
Q QC F
V f V
C C C F
µ
ω pi pi
µ
∆ ∆ −
= − = − = − =
≈ ≈ ≈
D.Đo công suất ở trường hợp không tải mất cân bằng:
- Bảng số liệu: 
Sa = 281 VA Sb = 299 VA Sc = 241 VA
Pa = 64 W Pb = 20 W Pc = 9 W
Qa = 273 VAR Qb = 299 VAR Qc = 800 VAR
PFa = -0,214 PFb = -0,066 PFc = -0,041
- Nhận xét: Công suất tác dụng chênh lệch nhau nhiều, hệ số công suất cao nhất ở pha a và 
thấp nhất ở pha c.Đo dó trường hợp tải mất cân bằng sẽ ảnh hưởng đến động cơ.
BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP 1 PHA
I.MỤC TIÊU:
- Hiểu và kiểm tra lại các đặc tính của máy biến áp, đặc tính không tải,đặc tính ngắn mạch, 
đặc tính có tải của máy biến áp.
- Từ các thí nghiệm, xác định và vẽ sơ đồ mạch tương đương của máy biến áp.
II.THÍ NGHIỆM:
A.Thí nghiệm không tải:
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ đấu dây
- Bảng số liệu:
U10(V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
U20(V) 20 30 41 53 60 71 82 91 102 111
I10(mA) 43 53 63 74 84 107 123 158 215 285
P10(W) 0,59 1,53 2,83 4,46 6,79 9,5 13,4 20,76 32,04 43,96
cosφ 0,088 0,268 0,405 0,503 0,553 0,597 0,603 0,607 0,594 0,61
- Đặc tính không tải: U10=f(I10).
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250 300
- Nhận xét: 
 Nguyên lý làm việc của máy biến áp:
Khi đặc U1 vào dây quấn sơ cấp sẽ có dòng sơ cấp I1 tạo sức từ động I1.ω1, tạo từ thông Ф 
móc vòng qua cuộn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến áp không tải thì Ф do dòng không tải I10 
chạy trong dây quấn sơ cấp sinh ra.
Giá trị P10 là công suất tổn hao không tải của máy biến áp, tức là công suất nguồn điện cung 
cấp cho máy biến áp ở chế độ không tải.
Trong dãy công suất đo được thì giá trị P10 tại áp định mức có ý nghĩa nhất. Vì giá trị quy đổi 
tổn hao không tải thường lớn nên sai số lớn.
- Các thông số cho sơ đồ tương đương:
Sơ đồ tương đương
1
20
2 2
10
10
220 1,99 2
111
220 1,1
43,96
đm
C
Uk
U
UR K
P
= = = ≈
= = = Ω
- Tổng trở không tải:
1
0
10
2 2
0
220 772
285
784
đm
m C
UZ
I mA
X Z R
= = = Ω
= − = Ω
B.Thí nghiệm tải ngắn mạch:
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ đấu dây
- Bảng số liệu:
I2n(A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U1n(V) 1,8 4,1 5,9 7,9 10 11,7 13,7 15,8 17,3 19,3
I1n(A) 0,494 1,08 1,56 2 2,5 2,99 3,53 3,87 4,41 4,92
P1n(W) 0,85 4,2 9 15,5 24,5 34,6 48 60 75 94
cosφ1 0,995 0,993 0,992 0,992 0,991 0,992 0,991 0,991 0,991 0,991
- Đặc tính ngắn mạch: U1n= f(I1n)
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6
-Nhận xét:
 Ở thí nghiệm ngắn mạch,có thể bỏ qua tổn hao sắt từ.
- Tổng trở ngắn mạch:
1
1
1
2 2
1
2 2 2 2
19,3 3,92
4,92
94 3,88
4,92
3,92 3,88 0,56
n
n
đm
n
eq
đm
eq n eq
UZ
I
PR
I
X Z R
= = = Ω
= = = Ω
= − = − = Ω
C.Thí nghiệm có tải:
Sơ đồ đấu dây
- Bảng số liệu:
I1(A) 0,674 1,071 1,511 1,95 2,35 2,8 3,27 3,72 4,53
U1(V) 220 220 220 220 220 220 220 220 220
I2(A) 1 2 3 4 5 6 7 8 10
U2(V) 110 110 108 106,8 106,1 105,3 104,2 103,1 101,1
cosφ1 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
cosφ2 0,886 0,934 0,960 0,971 0,981 0,986 0,990 0,992 0,994
P1(W) 146,5 233 330 424,7 512 610 712 810 987
P2(W) 97 205,5 311 414,5 520 623 722 818 1004,9
- Đặc tính tải: U2=f(I2)
100
102
104
106
108
110
112
0 2 4 6 8 10 12
- Độ sụt áp khi dòng sơ cấp ở giá trị định mức:
101,2 110% .100% 8%
110
U −∆ = =
- Tính và vẽ đặc tính hiệu suất theo hệ số tải:
Sđm=U2đm.I2đm=110.10=1100 VA 
2
1
P
P
η = 0,662 0,882 0,942 0,976 1,016 1,021 1,014 1,01 1,018
2
đm
S
S
β = 0,1 0,2 0,295 0,388 0,482 0,574 0,663 0,749 0,919
- Đặc tính hiệu suất theo hệ số tải: ( )fη β=
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
BÀI 3: MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA CÓ NHÁNH PHÂN TỪ
I.MỤC TIÊU:
- Hiểu sự ảnh hưởng của cấu tạo mạch từ đến đặc tính làm việc của máy biến áp. Sự ảnh 
hưởng của tử thông rò lên giá trị điện kháng của máy biến áp.
II.THÍ NGHIỆM:
A.Thí nghiệm không tải:
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ đấu dây
- Bảng giá trị:
U10(V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
U20(V) 19,14 29,3 40,1 50,6 60,9 71,1 81,6 93,4 102,9 112,2
I10(A) 0,144 0,19 0,233 0,274 0,314 0,357 0,402 0,449 0,497 0,555
cosφ1 0,203 0,29 0,33 0,34 0,33 0,32 0,3 0,28 0,27 0,26
P10(W) 1,17 3,3 6,15 9,3 12,4 16 19,3 22,63 26,84 31,75
- Đặc tính không tải: 10 10( )U f I=
0
50
100
150
200
250
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
- Tính toán thông số của mạch tương đương máy biến áp:
120
10
2 2
10
1
0
10
2 2 2 2
220 1,96 2
112,2
31,75 103,1
0,555
220 396,4
0,555
396,4 103,1 382,8
đm
c
đm
m o c
Uk
U
PR
I
UZ
I
X Z R
= = = ≈
= = = Ω
= = = Ω
= − = − = Ω
Sơ đồ tương đương
B.Thí nghiệm ngắn mạch:
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nối dây
- Bảng giá trị:
U1n(V) 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
I2n(V) 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,6 4 4,4
I1n(V) 0,476 0,695 0,916 1,135 1,35 1,575 1,795 1,96 2,19 2,41
cosφ1 0,07 0,08 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09
P1n(W) 1,33 3,34 6,6 10,22 14,58 19,8 25,85 31,75 39,42 47,72
- Các thông số cho sơ đồ tương đương của máy biến áp:
1
1
1
2 2
1
2 2 2 2
220 91,3
2,41
47,72 8,22
2,41
9,13 8,22 3,97
n
n
n
n
eq
đm
eq n eq
UZ
I
PR
I
X Z R
= = = Ω
= = = Ω
= − = − = Ω
- Đặc tính ngắn mạch: U1n= f(I1n)
0
50
100
150
200
250
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
- Nhận xét: Đường đặc tính không tả và ngắn mạch có dạng giống nhau, gần như là tuyến tính 
theo I.
C.Thí nghiệm có tải:
Sơ đồ đấu dây
- Bảng số liệu:
U1(V) 220 220 220 220 220 220 220 220 220
I1(A) 0,957 1,39 1,691 1,987 2 2,11 2,19 2,25 2,32
U2(V) 106,3 94,9 84,1 74,6 65,4 57,9 52 47,2 39,8
I2(A) 1,002 1,83 2,31 2,67 2,96 3,16 3,3 3,41 3,55
cosφ1 0,68 0,68 0,64 0,57 0,53 0,48 0,44 0,40 0,35
cosφ2 0,998 0,998 0,999 0,999 0,989 0,998 0,997 0,999 0,998
P1(W) 143,2 208 238,1 249,2 233,2 222,8 212 198 178,6
P2(W) 106,3 173,3 194,1 199 191,5 182,6 171,1 160,8 141
- Đặc tính tải: U2= f(I2)
020
40
60
80
100
120
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
BÀI 4: KHUẾCH ĐẠI TỪ
I.MỤC TIÊU:
- Hiểu về sự bão hòa của mạch từ, tác dụng của từ thông một chiều và từ thông xoay chiều lên 
sức điện động cảm ứng và tự cảm của cuộn dây.
II.THÍ NGHIỆM:
A.Sơ đồ mạch
B.Thí nghiệm:
- Điều chỉnh thay đổi dòng DC, đo và vẽ dạng sóng của tín hiệu áp ở hai đầu cuộn dây, tín 
hiệu áp và dòng trên tải (đèn Đ).
- Điều chỉnh thay đổi IDC từ 0→250mA
- Bảng kết quả đo:
IDC(mA) 0 50 100 150 200 250
UC1 H H H H H H
Volt/div 2 2 2 1 1 1
Ud H H H H H H
Volt/div 0,2 1 2 5 5 5
Iđèn(A) 0,061 0,166 0,23 0,263 0,281 0,29
- Nguyên lý hoạt động:
 Mạch khuếch đại từ thực chất là một cuộn dây hoạt động ở vùng bão hòa. Mạch khuếch đại 
từ ứng dụng tính chất bão hòa của lõi từ.
 Một dòng điện DC nhỏ, với trở kháng nguồn thấp được đưa vào hai đầu cuộn dây điều khiển
Điện áp xoay chiều đặt vào một đầu cuôn dây xoay chiều. Giá trị của dòng điện một chiều 
được đưa vào cuộn dây làm thay đổi đặc điểm làm việc trên đường cong từ hóa, cả hai cuộn 
dây đều tiến dần đến vùng bão hòa. Khi đó cuộn dây sẽ chuyển từ trạng thái trở kháng cao 
sang trạng thái trở kháng thấp hơn. Vậy dòng điện một chiều đã thay đổi trở kháng của cuộn 
xoay chiều.
 Vì cuộn một chiều được nối để triệt tiêu điện áp cảm ứng nên mạch một chiều không bị ảnh 
hưởng bởi mạch xoay chiều. Vậy nó chỉ đáp ứng theo điện trở thuần của cuộn dây. Suy ra 
năng lượng đưa vào cuộn điều khiển rất lớn so với cuộn xoay chiều.
 Sự thay đổi của dòng điện một chiều điều khiển dẫn đến sự thay đổi trở kháng của cuộn dây, 
do đó dòng điện tải sẽ bị thay đổi. Từ đó suy ra mạch có đặt tính khuếch đại dòng điện.