Báo cáo Thí nghiệm Hệ thống điện - Đậu Hùng Cường (Bản đầy đủ)

ng cơ AC rotor dây quấn:
n
M
Mmax
Bài 4: KHẢO SÁT MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC
Mục đích:
Tìm hiểu bộ động cơ DC, máy phát AC 3 pha.
Tìm hiểu mạch khởi động động cơ DC.
Báo cáo
Câu 1: Thông số cơ bản của động cơ một chiều DC:
	Uđm 	= 	220 V
	Iđm 	=	78 A
	nđm	= 	1500 v/p
	Ikt 	=	1.85 A
	Ukt 	= 	220 V
Câu 2: Thông số cơ bản của máy phát AC
Uđm	=	220/380 V
Iđm	=	23 A
S 	= 	15 KVA
nđm	= 	1500 v/p
cos j	=	0,8
f	=	50 Hz
Câu 3: Vẽ và giải thích mạch khởi động của động cơ một chiều DC (mạch động lực và mạch điều khiển)
MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Giải thích mạch: 
Khi tốc độ n = 0, U = Uđm muốn n tăng lên thì phải thỏa mãn 2 điều kiện:
Mmm > Mcản của tải 
Imở < Icp 
Khi đóng điện trực tiếp cho động cơ DC tương tương ngắn mạch do điện trở phần ứng Rư nhỏ do đó dòng khởi động rất lớn có thể gây phát nhiệt lớn làm hư hỏng máy, nên để hạn chế dòng khởi động người ta dùng 2 điện trở R1 và R2.
Khi ấn nút START để khởi động động cơ:
Cuộn dây M có điện sẽ đóng tiếp điểm Contactor M, cung cấp điện cho động cơ khởi động với dòng điện ban đầu nhỏ nhờ các điện trở khởi động.
Cuộn dây M có điện kích hoạt relay thời gian RT1 làm việc, sau một khoảng thời gian Dt1 relay RT1 sẽ đóng tiếp điểm RT1 và cuộn dây M2 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M2 loại tách điện trở phụ R2 ra khỏi mạch khởi động.
Cuộn dây M2 có điện kích hoạt relay thời gian RT2 làm việc, sau một khoản thời gian Dt2 relay RT2 sẽ đóng tiếp điểm RT2 và cuộn dây M1 có điện đóng tiếp điểm của Contactor M1 loại tách điện trở phụ R1 ra khỏi mạch khởi động.
Động cơ hoạt động ở chế độ bình thường và nhiệm vụ của nó là dùng để kéo máy phát điện đồng bộ 3 pha xoay chiều. 
Câu 4: Vẽ đặc tuyến moment- tốc độ khi khởi động của động cơ.
t
n
MC
M
0
Bài 5: RELAY DÒNG ĐIỆN KỸ THUẬT SỐ
I. Mục đích:
- Nhằm giúp cho sinh viên có khái niệm về rơle quá dòng điện và biết được cách đấu dây của một rơ le dòng điện vào một sơ đồ hệ thống điện.
- Biết cách chỉnh định các thông số cơ bản một loại rơ le dòng điện kỹ thuật số.
- Làm quen và biết cách sử dụng thiết bị kiểm tra rơle PTE – 100 – C 
II. Thiết bị thí nghiệm:
- Relay MK2000 của hãng Mikro trong modul TN.BVRL-01
- Thiết bị kiểm tra rơ le PTE – 100 – C.
Giới thiệu về MK2000:
Relay MK 2000 là lọai relay kỹ thuật số có chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch nhiều pha và bảo vệ chống chạm đất. MK 2000 có các phần tử chống quá dòng độc lập (cho 3 pha) và phần tử chống chạm đất vô hướng; có 5 tiếp điểm output để có thể link với các tín hiệu (signal) phát hiện, tín hiệu cắt của các phần tử quá dòng và chạm đất cấp II, III. 
Các phần tử chống quá dòng và chống chạm đất của MK 2000 đều có thể được chon lựa đặc tuyến bảo vệ phụ thuộc thời gian – dòng điện một cách độc lập. Trong Mk 2000, nhà sản xuất đã thiết lập các dạng đặc tuyến IDMT với phương trình như sau :
 	 t = 
Trong đó : 	t : thời gian tác động
	 	k : hệ số nhân
 	I : dòng điện mà relay đo được 	 
 	I> : dòng khởi động cấp III 
Dạng đặc tuyến
Anpha
Beta
Normal Inverse
0.02
0.14
Very Inverse
1.0
13.5
Extremely Inverse
2.0
80.0
Long – time Inverse
1.0
120.0
Thứ tự của thông số hay chế độ 
Thông số hay chế độ tương ứng
1
Kích họat (on) 1 ngõ ra trong 5 ngõ ra Relay
2
Chọn lựa cho phép (ennable) hay không cho phép chức năng khóa các phần tử bảo vệ; Chọn lựa khả năng vô hiệu hóa phần tử bảo vệ cấp II.
3
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra TS1 (chân 19-20). TS1 đ ược mặc định là ngõ ra Start
4
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra TS2 (chân 16-17-18). TS2 được mặc định là ngõ ra Trip. 
5
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra SS1 (chân 30-31). SS1 được mặc định là ngõ ra Start. 
6
Chọn lựa những tín hiệu nào của Relay sẽ liên kết tới ngõ ra SS2(chân 32-33) và SS3 (chân 28-29). 
7
Chọn lựa độ dốc của đường cong IDMT cho các phần tử bảo vệ cấp III (chọn a, b)
III. Nội dung báo cáo 
Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn: (Mode 7: 00)
k=0.1
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.39
1.98
2.05
2.6
3.1
Thời gian tác động (s)
0.973
0.752
0.744
0.603
0.535
k = 0.3
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.31
1.78
2.29
2.67
2.95
Thời gian tác động (s)
3.913
2.556
1.933
1.693
1.545
k = 0.5
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.35
1.9
2.38
2.85
3.31
Thời gian tác động (s)
6.266
3.805
3.084
2.653
2.374
k = 0.7
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.56
2.01
2.44
2.87
3.32
Thời gian tác động (s)
7.085
4.963
4.135
3.644
3.283
Đặc tuyến IDMT 02:	 (Mode 7: 02)
k=0.1
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.77
2.2
2.61
3.01
3.41
Thời gian tác động (s)
1.043
0.735
0.584
0.495
0.416
k=0.3
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.77
2.1
2.14
2.37
3.01
Thời gian tác động (s)
3.025
2.205
1.924
1.595
1.276
k=0.5
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.3
1.52
1.9
2.32
2.9
Thời gian tác động (s)
9.664
7.096
4.265
3.245
2.445
k=0.7
Vị trí núm vặn
100
125
150
175
200
Dòng pha A quan sát trên relay(A)
1.2
1.42
1.96
2.52
2.93
Thời gian tác động (s)
12.336
10.716
5.753
4.214
3.396
Nhận xét kết quả thí nghiệm:
Hệ số k càng lớn thì thời gian tác động của Relay càng lâu.
Đồ thị đặc tuyến không như trong lý thuyết do sai số thiết bị và các thông số đặt không phù hợp với đặc tuyến của Relay.
Đặc tuyến IDMT dốc chuẩn có thời gian tac động nhỏ hơn so với đặc tuyến IDMT rất dốc.
BÀI 6: VẬN HÀNH VÀ KHẢO SÁT
CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT 3 PHA
I. NỘI DUNG THỰC TẬP:
Trong bài này ta thực tập vận hành và khảo sát các chế độ họat động của máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha, gồm các bước như sau:
Thao tác các thiết bị để đưa hệ thống vào vận hành độc lập, sau đó hòa đồng bộ hệ thống vào lưới điện.
Điều chỉnh các nút điều khiển để khảo sát các chế độ:
+ Chế độ làm việc bình thường.
+ Chế độ làm việc khi mất kích từ.
+ Chế độ làm việc khi không có kéo động cơ DC (UMU).
+ Chế độ làm việc khi mất kích từ và mất lực kéo động cơ DC (UMU).
Dừng hệ thống.
II. NỘI DUNG BÁO CÁO:
Câu 1 : Bảng số liệu :
Chế độ
P
(kW)
Q
(Kvar)
U
(V)
I
(A)
Ukt
(V)
Ikt
(A)
Hòa đồng bộ
0.5
-2
0
2
16
1
Tăng kích từ động cơ đến khi P=4 (KW)
4
-3.75
0
8.5
16
1
Thay đổi kích từ MP đến khi 
Q = 0 ; Q = -2, Q= 2 KVAr.
4
-2
0
7
20
1
4
0
0
7
24
1.4
4
2
0
8.5
28
1.8
Giảm Q về 0, sau đó ngắt kích từ MP
4
0
0
18
36
0
Đóng lại kích từ MP
4
0
0
7
24
1.4
Giảm P về 0, sau đó ngắt động cơ kéo.
0
1
0
4
24
1.4
Trong chế độ ngắt động cơ kéo, thay đổi kích từ MP để Q lần lượt bằng 
-2;0;2 KVAr
0
-2
0
2.5
16
0.9
0
0
0
2.5
22
1.2
0
2
0
6
26
1.7
Câu 2: Khi chưa hòa đồng bộ náy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ một chiều sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ DC, máy phát AC ; điều chỉnh kích từ máy phát điện xoay chiều sẽ làm thay đổi điện áp đầu cực máy phát:
* Khi máy phát làm việc ở chế độ độc lập thì phương trình của tốc độ và của dòng kích từ được biểu diễn:
n = n0 + aIư 
I = Iư + Ikt
Động cơ DC có kích từ song song nên khi tăng dòng kích từ Ikt thì Iư sẽ giảm, tốc độ động cơ tăng kéo theo tốc độ máy phát cũng sẽ tăng theo và ngược lại.
Phương trình điện áp đầu cực máy phát : 
U = E0 – I.Rư + j(Xư +Xd). I ;
E0 = 4,44.f .W. Kdq. F0
Mà Ikt tỷ lệ với F0 nên khi thay đổi dòng kích từ Ikt thì F0 sẽ thay đổi, E0 và U của máy phát sẽ thay đổi theo.
Khi hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống, điều chỉnh kích từ động cơ một chiều sẽ làm thay đổi công suất thực của máy phát, điều chỉnh kích từ của máy phát xoay chiều sẽ làm thay đổi công suất phản kháng của hệ thống.
* Khi đã hòa đồng bộ máy phát vào lưới điện , hệ thống có công suất vô cùng lớn. Lúc đó:
fL = const (hằng số) ; UL = const (hằng số)
Khi thay đổi kích từ của động cơ DC tức là thay đổi Moment điện từ Mđt , làm thay đổi khả năng kéo tải của máy phát, thay đổi công suất P 
Khi thay đổi kích từ máy phát – Ikt thay đổi làm cho đường họach định trước cố định của máy phát thay đổi.
Nên Q của máy phát sẽ thay đổi theo.
Câu 3: Các phương pháp kích từ máy phát điện:
- Dùng máy phát điện một chiều độc lập để kích từ cho máy phát
- Dùng hệ thống chỉnh lưu: dùng hệ thống chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ nguồn khác. Khi dùng hệ thống chỉnh lưu kích từ cho máy phát, nếu dùng hệ thống chổi than thanh góp rất dễ hư hỏng các thiết bị chỉnh lưu. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng một lọai thiết bị đặc biệt- hệ thống kích từ quay. Hệ thống kích từ này nằm cùng trục với máy phát và quay cùng tốc độ với máy phát.
Câu 4: Máy phát có được làm việc lâu dài ở chế độ mất kích từ không:
Máy phát đang làm việc với chế độ hòa đồng bộ không được phép làm việc ở chế độ mất kích từ. Nếu tại thời điểm mất kích từ, tải ngoài lớn thì sẽ mất đồng bộ, máy phát sẽ nhận công suất phản kháng của hệ thống về, dòng công suất phản kháng này sẽ làm từ hóa rotor gây phát nóng trong máy phát và có thể dẫn đến mất ổn định của hệ thống.
Khi máy phát mất đồng bộ thì tốc độ có thể thay đổi do đó người ta gắn thêm bộ điều chỉnh tốc độ.
Câu 5: Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát vào hệ thống.
Có 4 điều kiện để hòa đồng bộ vào hệ thống:
Biên độ của điện áp máy phát và điện áp lưới điện phải bằng nhau.
Tần số máy phát phải bằng tần số của lưới điện.
Máy phát và lưới điện có cùng thứ tự pha.
Pha của máy phát và pha của lưới điện phải trùng pha nhau.
Điều kiện quan trọng nhất là pha của điện áp máy phát phải trùng pha với điện áp hệ thóng, vì nếu góc lệch pha là 180o thì sẽ nối tương đương với mạch máy phát với điện áp UF - U = 2UF; dòng điện xung khi đóng cầu dao có thể lớn gấp 2 lần dòng điện ngắn mạch thông thường, lực và moment điện từ lớn gấp 4 lần làm phá hỏng dây quấn, kết cấu thép, lõi thép, trục của máy phát điện.