ĐỀ THI (cu i h c kỳ) Môn thi: BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ Ngày thi: Ký tên 02/06/2013 Thời gian thi: 90 phút (Sinh viên phép sử dụng tài li u riêng c a mình) Họ & tên SV: MSSV: Bài Một máy phát điện đồng pha, 50 kVA, nối Y, 50 Hz, 440 V, cực, có điện kháng đồng 1,2 Ω/pha Dòng điện kích từ điều chỉnh cho điện áp đầu cực máy không tải 480 V Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng Hãy xác định: a) Tốc độ quay máy phát (tính vòng/phút) (1 đ) b) Điện áp đầu cực máy phát máy cung cấp dòng điện định mức cho tải có hệ số công suất 0,8 trễ (1 đ) c) Độ thay đổi điện áp máy phát tụ điện pha có công suất 60 kVAr mắc song song với tải câu b) (1 đ) Bài Một động không đồng pha, 22 kW, nối Y, 50 Hz, 400 V, cực, có tham số mạch tương đương pha xác sau: Ra = 0,2 Ω; xls = 0,6 Ω; xlr′ = 0,25 Ω; x M = 25 Ω; Rr′ = 0,12 Ω Tổng tổn hao ma sát lõi thép 990 W coi không đổi câu a) b) a) Ở độ trượt s = 0,03, xác định tốc độ động cơ, mômen hữu ích đầu trục, hệ số công suất ngõ vào (1,5 đ) b) Xác định tốc độ định mức, mômen định mức hiệu suất định mức động Biết công suất điện từ 23459 W (1,5 đ) c) Xác định tốc độ ứng với mômen điện từ cực đại, giá trị mômen cực đại (1 đ) Bài Một máy điện DC kích từ độc lập có dòng điện kích từ điều chỉnh cho điện áp hở mạch máy phát ứng với tốc độ 3000 vòng/phút 220 V Máy có điện trở phần ứng Ra = 0,5 Ω, dòng điện kích từ giữ nguyên giá trị nói điều kiện vận hành a) Đặt điện áp 200 V vào mạch phần ứng động mang tải cho dòng điện phần ứng 30 A, xác định tốc độ động mômen tạo (1 đ) b) Đặt điện áp 100 V vào mạch phần ứng tải động điều chỉnh cho dòng điện phần ứng 40 A, xác định tốc độ động mômen tạo (1 đ) c) Với điện áp 200 V đặt vào mạch phần ứng, xác định dòng điện (phần ứng) mở máy lý thuyết Đề xuất giải pháp để có dòng điện mở máy 40 A (1 đ) HẾT Bài 1: 60 f = 1500 vòng/phút (1 đ) p S 50000 b) I adm = dm = = 65,61 A 3Vdm (440 ) Dựa vào giản đồ vectơ, suy công thức tính điện áp pha a) n = Va = Ea2 − ( xs I adm cos(θ )) − xs I adm sin (θ ) = 4802 / − (62,99) − 47,24 = 222,6 V Điện áp dây tương ứng 385,6 V (1 đ) 2 c) Công suất tải trước mắc tụ = 40 + j30 kVA Sau mắc thêm tụ, tổng công suất tải 40 + j30 – j60 = 40 – j30 kVA (Tải có hệ số công suất thay đổi từ tính cảm sang tính dung) Có thể thấy, công suất biểu kiến tải không đổi, suy dòng điện phần ứng máy phát có giá trị câu b) Vẽ lại giản đồ vectơ cho trường hợp hệ số công suất 0,8 sớm, suy công thức tính điện áp pha Va = Ea2 − ( xs I adm cos(θ )) + xs I adm sin (θ ) = 4802 / − (62,99 ) + 47,24 = 317,1 V Điện áp dây tương ứng 549,3 V! Có thể thấy việc bù công suất phản kháng mức có khả gây nguy hiểm cho tải (0,5 đ) Độ thay đổi điện áp: 480 − 549,3 ∆V % = × 100% = −12,62% (0,5 đ) 549,3 2 Bài 2: Nguồn Thevenin pha tương đương jxM 400 j 25 Vth = Va = ∠0 ° = 225,5∠0,4476° V Ra + j ( xls + xM ) 0,2 + j (0,6 + 25) (Ra + jxls ) jxM = 0,1907 + j 0,5874 Ω Z th = Ra + j (xls + xM ) a) Tốc độ động cơ: 60 f n = (1 − s )ns = (1 − s ) = 1455 vòng/phút (0,5 đ) p Vth I r′ = = 52,77∠ − 10,85° A R′ Z th + r + jxlr′ s R′ Pm = (1 − s )3 r (I r′ ) = 32415 W s P2 = Pm − (Prot + Pi ) = 31425 W P2 Mômen hữu ích đầu trục: T2 = = 206,2 N.m (0,5 đ) 2πn / 60  R′  Điện áp hai đầu nhánh từ hóa: Vab =  r + jxlr′  I r′ = 211,5∠ − 7,277° V  s  V Dòng điện ngõ vào: I a = ab + I r′ = 53,96∠ − 19,85° A jxM Hệ số công suất ngõ vào: PF = cos(19,85°) = 0,94 trễ (0,5 đ) b) Ở chế độ làm việc định mức, công suất đầu trục 22 kW Nếu công suất điện từ biết, ta có 23459(1 − sdm ) = P2 dm + (Prot + Pi ) = 22000 + 990 Suy ra: sdm = 0,02 Tốc độ động lúc này: ndm = (1 − sdm )ns = 1470 vòng/phút (0,5 đ) Mômen định mức: T2 dm = Ia = P2 dm = 142,9 N.m (0,5 đ) 2πndm / 60 Va = 37,46∠ − 20,63° A  Rr′   + jxlr′ ( jxM ) sdm   (Ra + jxls ) +  Rr′   + jxlr′ + jxM   sdm  P1dm = 3Ra (I a ) + Pagdm = 24301 W Hiệu suất định mức: η dm = c) smT = e Tmax = P2 dm = 0,9049 = 90,5% (0,5 đ) P1dm Rr′ Re(Z th ) + ( xlr′ + Im(Z th )) 2 = 0,1397 (0,5 đ) p 3(Rr′ / smT )Vth2 = 462,7 N.m (0,5 đ) (2πf ) (Rr′ / smT + Re(Z th ))2 + (xlr′ + Im(Z th ))2 Bài 3: (GI ) 2πn = 220 V, suy (GI ) = 0,7003 H 60 a) Ta có: V = (GI )ω + R I hay 200 = (GI )ω f f a f m1 Tốc độ động cơ: ωm1 = Hay n1 = a a f m1 + 0,5(30 ) 200 − 15 = 264,2 rad/s (0,5 đ) 0,7003 ωm1 (60 ) = 2523 vòng/phút (0,5 đ) 2π b) Tương tự câu a), ta có: 100 − 20 ωm = = 114,2 rad/s (0,5 đ) 0,7003 ω (60) = 1091 vòng/phút (0,5 đ) Hay n2 = m 2π c) Dòng điện (phần ứng) mở máy lý thuyết: V 200 I amm = amm = = 400 A (0,5 đ) Ramm 0,5 Để giảm giá trị xuống 40 A (tức giảm 10 lần), ta giảm điện áp đặt vào phần ứng 10 lần, tăng điện trở mạch phần ứng mở máy lên 10 lần (thêm 4,5 Ω vào mạch phần ứng mở máy), kết hợp hai biện pháp (0,5 đ)