Báo cáo Thí nghiệm Hệ thống điện - Đặng Tuấn Khanh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 
HỆ THỐNG ĐIỆN
	GVHD: Đặng Tuấn Khanh
	Nhóm: A02
	Tổ: 
	SVTH:
Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2013
Bài 1: TÌM HIỂU TỔNG QUÁT VỀ MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN
1. Bản vẽ mô hình nhà máy điện
2. Cách vận hành nhà máy điện (mô hình):
- Động cơ xoay chiều lấy điện từ lưới để kéo máy phát 1 chiều.
- Máy phát 1 chiều tạo ra dòng điện 1 chiều để chạy động cơ 1 chiều.
- Động cơ 1 chiều kéo máy phát điện 3 pha, sau đó hòa đồng bộ vào lưới (trên thực tế, để kéo máy phát sẽ dùng sức nước hoặc hơi nước)
- Quan trọng khi vận hành nhà máy điện phải chú ý tới điều kiện hòa đồng bộ (sẽ nói kĩ trong bài thí nghiệm 6)
3. Lí do sử dụng động cơ DC để quay phát phát 3 pha:
- Động cơ DC kích từ nối tiếp có thể tạo ra momen khởi động rất lớn.
- Động cơ DC có thể dễ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở kích từ, trong khi động cơ AC muốn điều chỉnh tốc độ một cách tối ưu nhất thì phải dùng biến tần, rất mắc tiền.
4. 
a/ Thứ tự khi đóng đường dây:
Đóng dao cách ly (DCL) Q1 và Q2
Đóng máy cắt (MC) Q0
b/ Thứ tự khi ngắt đường dây:
Mở MC Q0
Mở DCL Q1 và Q2
c/ Thứ tự khi sửa chữa MC:
Mở MC Q0
Mở DCL Q1, Q2
Đóng DCL Q3, Q4
Bài 3: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA
1. Thông số cơ bản của động cơ AC 3 pha:
	Uđm = 220/380 (V)
	Iđm = 76/44 (A)
	P = 22 (kW)
	ηđm = 1450
	cosφ = 0,86
	f = 50 (Hz)
2. Thông số cơ bản của máy phát DC:
	Uđm = 220 (V)
	Iđm = 86,5 (A)
	P = 191 (kW)
	ηđm = 1445
	Ikt = 1,86 (A)
	Ukt = 167 (V)
3. Sơ đồ mạch khởi động của động cơ AC
Giải thích hoạt động:
- Khi đóng máy cắt để khởi động động cơ, sẽ cung cấp điện cho cuộn coil contactor M. 3 tiếp điểm chính của M (trong mạch động lực) sẽ đóng để chạy động cơ, đồng thời tiếp điểm thường hở relay thời gian của M bắt đầu đếm.
- Sau thời gian t1, tiếp điểm M trong mạch khởi động đóng lại, cấp điện cho cuộn coil của contactor M2. 3 tiếp điểm chính của M2 (trong mạch động lực) sẽ đóng để cắt Rmm2 ra khỏi mạch, đồng thời tiếp điểm thường hở relay thời gian của M2 bắt đầu đếm.
- Sau thời gian t2, tiếp điểm M2 trong mạch khởi động đóng lại, cấp điện cho cuộn coil của contactor M1. 3 tiếp điểm chính của M1 (trong mạch động lực) sẽ đóng để cắt Rmm1 ra khỏi mạch, quá trình khởi động động cơ kết thúc.
4. Đặc tuyến momen – tốc độ của động cơ AC rotor dây quấn
Bài 4: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỌNG CỦA ĐỘNG CƠ DC
1. Thông số cơ bản của động cơ DC.
	Uđm = 220 (V)
	Iđm = 78 (A)
	P = 191 (kW)
	ηđm = 1500
	Ikt = 1,85 (A)
	Ukt = 220 (V)
2. Thông số cơ bản của máy phát AC.
	Uđm = 220/380 (V)
	Iđm = 23 (A)
	P = 15 (kW)
	ηđm = 1500
	cosφ = 0,8
	f = 50 (Hz)
3. Sơ đồ mạch khởi động của động cơ DC (giống mạch khởi động động cơ AC)
Giải thích hoạt động:
- Khi đóng máy cắt để khởi động động cơ, sẽ cung cấp điện cho cuộn coil contactor M. 2 tiếp điểm chính của M (trong mạch động lực) sẽ đóng để chạy động cơ, đồng thời tiếp điểm thường hở relay thời gian của M bắt đầu đếm.
- Sau thời gian t1, tiếp điểm M trong mạch khởi động đóng lại, cấp điện cho cuộn coil của contactor M2. 2 tiếp điểm chính của M2 (trong mạch động lực) sẽ đóng để cắt Rmm2 ra khỏi mạch (cần tới 2 tiếp điểm vì dòng điện động cơ lớn), đồng thời tiếp điểm thường hở relay thời gian của M2 bắt đầu đếm.
- Sau thời gian t2, tiếp điểm M2 trong mạch khởi động đóng lại, cấp điện cho cuộn coil của contactor M1. 3 tiếp điểm chính của M1 (trong mạch động lực) sẽ đóng để cắt Rmm1 ra khỏi mạch (cũng phải cần tới 3 tiếp điểm vì dòng điện động cơ lớn), quá trình khởi động động cơ kết thúc.
4. Đặc tuyến momen – tốc độ khi khởi động của động cơ DC
Bài 5: RELAY DÒNG ĐIỆN KĨ THUẬT SỐ
1. Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn
a/ k = 0.1
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.68
2
2.69
3.17
3.5
Thời gian tác động ttđ (ms)
0.584
0.765
0.586
0.505
0.487
b/ k = 0.4
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.76
2.32
2.61
3.24
3.52
Thời gian tác động ttđ (ms)
3.256
2.375
2.375
1.873
1.774
c/ k = 0.5
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.84
2.18
2.61
3.11
3.59
Thời gian tác động ttđ (ms)
3.716
3.095
2.664
2.385
2.165
d/ k = 0.6
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.68
2.16
2.74
3.19
2.594
Thời gian tác động ttđ (ms)
4.415
3.696
3.104
2.795
3.57
Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn
2. Đặc tuyến IDMT Kt> = 0.3
a/ k = 0.1
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.89
2.18
2.84
3.17
3.52
Thời gian tác động ttđ (ms)
1.363
0.963
0.594
0.464
0.394
b/ k = 0.4
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.85
2.2
2.78
3.1
3.62
Thời gian tác động ttđ (ms)
5.577
3.696
2.332
1.913
1.324
c/ k = 0.5
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.86
2.30
2.82
3.18
3.6
Thời gian tác động ttđ (ms)
6.565
4.165
2.775
2.155
1.675
d/ k = 0.6
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay (A)
1.63
2.22
2.86
3.17
3.63
Thời gian tác động ttđ (ms)
10.444
6.056
3.254
2.565
1.954
Đặc tuyến IDMT Kt> = 0.3
- Nhận xét: số liệu thu được và đặc tuyến vẽ từ số liệu phù hợp với dạng đặc tuyến mà nhà sản xuất đã thiết lập.
Bài 6: VẬN HÀNH VÀ KHẢO SÁT 
CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT 3 PHA
1. Bảng số liệu
Chế độ
P (KW)
Q (KVAr)
U (V)
I (A)
Ukt (V)
Ikt (A)
N (rpm)
Hòa đồng bộ
0
-1
340
0
18
1.8
1500
Tăng kích từ ĐC đến P=4 KW
4
-2.7
340
7
17
1.8
1500
Thay đổi kích từ MP đến khi
Q=0; Q=-2; Q=2 KVAr
4
0
340
7
22
2.5
1500
3.5
-2
340
7.5
18
2.1
1500
4.5
2
340
9
28
3.2
1500
Giảm Q về 0, sau đó ngắt kích từ MP
4,5
< -10
340
22
33
0.1
1500
Đóng lại kích từ MP
4.5
-1
340
7.5
22
2.4
1500
Giảm P về 0, sau đó ngắt động cơ kéo
< 0
0.5
340
2
22
2.4
1500
Trong chê độ ngắt động cơ kéo, thay đổi kích từ MP để Q lần lượt bằng -2; 0; 2 KVAr
< 0
-2
340
1
16
1.7
1500
< 0
0
340
1.5
20
2.2
1500
< 0
2
340
3
26
2.8
1500
2. Khi chưa hòa đồng bộ MP vào hệ thống, điều chỉnh kích từ ĐC DC sẽ làm thay đổi tốc độ của bộ ĐC, MP (thay đổi tần số); điều chỉnh kích từ của MP AC sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực của MP. 
Nhưng khi đã hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ ĐC DC sẽ làm thay đổi công suất thực của MP, điều chỉnh kích từ của MP AC sẽ làm thay đổi công suất pahrn kháng của MP. Nguyên nhân là vì khi đã hòa đồng bộ MP vào hệ thống, vì hệ thống có công suất rất lớn so với MP nên không thể thay đổi được tần số và điện áp của hệ thống bằng MP (vì vậy mới có điều kiện muốn hòa đồng bộ thì tần số và điện áp MP phải gần bằng hệ thống).
3. Các phương pháp kích từ MP điện:
- Sử dụng nam châm vĩnh cửu (đối với các MP có công suất nhỏ tầm dưới 5KW)
- Sử dụng nguồn điện 1 chiều từ pin, acquy (các MP có công suất trung bình)
- Chỉnh lưu trực tiếp nguồn điện lưới (các MP lớn tại các nhà máy điện)
4. Máy phát không được làm việc lâu dài ở chế độ mất kích từ. Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ ở stator và rotor. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn rotor nguy hiểm cho cách điện cuộn dây. Việc mất kích từ làm máy có khả năng rơi vào cùng làm việc không ổn định, có khả năng gây dao động lưới.
5. Các điều kiện đồng bộ hóa máy phát và hệ thống:
1. Điện áp máy phát bằng điện áp lưới
2. Tần số máy phát bằng tần số lưới
3. Thứ tự pha giống nhau
4. Điện áp máy và lưới cùng pha.
Điều kiện quan trọng nhất là tần số máy phát bằng tần số lưới. Vì nếu tần số máy phát và tần số lưới không bằng nhau sẽ gây ra mất cân bằng lưới điện.