BÀI GIẢI ĐỀ THI HỌC KỲ – Tháng 06/2011 MÔN HỌC: BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ Thời gian: 90 phút Sinh viên phép sử dụng tài liệu, không phép trao đổi tài liệu Sinh viên chọn tập sau để làm Bài tập thứ tư không chấm Bài Động có mặt cắt biểu diễn hình máy điện từ trở, thực chất máy điện đồng dây quấn kích từ Giả sử tất điện cảm mang giá trị 0, số, hay L0 + L1cos (tùy theo vị trí tương đối rôto so với stato), với  hàm  Hãy xác định biểu diễn kết dạng hàm số : ia  ib ib ia Hình Sơ đồ cấu trúc máy điện từ trở   (a) Ma trận điện cảm để liên kết từ thông móc vòng  a  với dòng điện stato  b  (b) Đồng lượng Wm' ia    ib  (c) Mômen điện từ T e i a , ib ,   Giải a) Ở dạng tổng quát:  a   Laa Lab  ia     L   b   ba Lbb  ib  với Lab  Lba Khi trục rôto thẳng hàng với trục pha a, Laa đạt giá trị lớn nhất, Lbb đạt giá trị nhỏ Khi trục rôto thẳng hàng với trục pha b (quay 90 so với vị trí vừa rồi) Laa đạt giá trị nhỏ nhất, Lbb đạt giá trị lớn Rôto quay nửa vòng chu kỳ thay đổi điện cảm hoàn tất, điện cảm hàm số theo biến 2 Cụ thể: Laa  L0  L1 cos2  Lbb  L0  L1 cos2  Điện cảm Lab rôto thẳng hàng với trục pha dây quấn stato đó, đạt giá trị lớn (xét độ lớn) trục rôto nằm trục pha dây quấn Khi   45   225 , hỗ cảm mang dấu dương Do đó, Lab  M sin 2  Vậy ma trận điện cảm M cos2    L0  L1 cos2   M cos2  L0  L1 cos2   b) Đồng lượng ia ' m   ib  ' a   W    a i ,0, di    b ia , ib' , dib' ' a L0  L1 cos2 ia2  M cos2 ia ib  L0  L1 cos2 ib2 2 c) Mômen điện từ sinh Wm' e T    L1 sin 2 ia2  M cos2 ia ib  L1 sin 2 ib2  Bài Một máy phát đồng pha, cực, 50 Hz, nối Y có điện áp đầu cực (giữa hai pha bất kỳ) 460 V dòng điện 150 A dây dẫn từ máy phát đến tải, hệ số công suất 0,92 trễ Dòng điện kích từ điều kiện 50 A Điện kháng đồng máy 1,6  Giả sử bỏ qua điện trở phần ứng (điện trở dây quấn stato) Hãy tính: (a) Tốc độ rôto, tính vòng/phút (b) Góc mômen  (c) Độ lớn hỗ cảm dây quấn kích từ dây quấn phần ứng M (d) Công suất ngõ vào máy phát mômen đặt vào trục máy Giải (a) Tốc độ rôto 60 f 60  50 ns    1000 vòng/phút p (b) Điện áp pha stato (nối Y) 460 Va  0  265,60 V Dòng điện pha máy I a  150  cos 1 0,92   150  23,07 A Điện áp cảm ứng (do kích từ) E ar  V a  jx s I a  265,60  1,6  15090  23,07  359,6  j 220,8  42231,55 V Do góc mômen   31,55 (c) Theo định nghĩa, E ar   s MI r Do đó, độ lớn hỗ cảm dây quấn kích từ dây quấn phần ứng M E 422 M  ar   38 mH s I r 2  50  50 (d) Công suất ngõ vào (bỏ qua tổn hao quay) Pm  PT   Va  I a  PF   265,6  150  0,92  110 kW Do đó, mômen đặt vào trục máy P P 110  10 T e  m  p T  3  1050 N.m m s 2  50 Bài Một động không đồng cực có mạch thay gần thể hình cấp nguồn 220 V (điện áp dây), 50 Hz Tốc độ định mức động 1464 vòng/phút 1,75 mH 0,9  Vpha 0,1  s 48 mH Hình Mạch thay gần pha động không đồng (a) Xác định công suất tạo độ trượt định mức, tính HP (1 HP = 746 W) (b) Tìm độ trượt mà mômen đạt giá trị lớn (c) Tính giá trị mômen lớn Kế đến, máy chuyển sang quốc gia mà nguồn điện pha cung cấp cho động 240 V, 60 Hz (d) Xác định độ trượt mà mômen đạt giá trị lớn (e) Tính giá trị mômen lớn tương ứng Giải 60  50  1500 vòng/phút 1500  1464 Độ trượt định mức s   0,024 1500 Dòng điện rôto 220 I r'  0   24,78  j 2,688  24,92  6,193 A 0,9  0,1 0,024  j1,75  10 3  2  50  0,024  7576 W = 10,15 HP Công suất sinh Pm   24,92  0,1  0,024 (a) Tốc độ đồng ns  (b) Độ trượt mômen lớn s max T  0,1 0,9  0,5498  0,0948 (c) Mômen lớn tương ứng T e max    220 0,1     78,82 N.m 2 2  50 0,9  0,1 0,0948  0,5498 0,0948   (d) Độ trượt mômen lớn s max T 60   (e) Mômen lớn T e max 0,1 0,9  0,6597    0,0896  240 0,1     75,79 N.m 2 2  60 0,9  0,1 0,0896   0,6597 0,0896   Bài Một động DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ 3000 vòng/phút dòng điện phần ứng A Điện áp đặt vào đầu cực phần ứng 24 V Điện trở mạch phần ứng Ra = 0,24  (a) Tính giá trị dòng điện mở máy lý thuyết đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói (b) Xác định giá trị điện trở cần thêm vào mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy 12 A (c) Nếu mômen tải tăng gấp đôi so với tải nói trên, xác định tốc độ động tải (d) Giả sử biến đổi công suất dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động theo ý muốn, tính điện áp ngõ biến đổi để động có tốc độ 1500 vòng/phút điều kiện tải với câu (c) Solution (a) Dòng điện mở máy lý thuyết 24 I starting   100 A 0,24 (b) Tổng điện trở mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy 12 A 24 Rstarting  2  12 Như vậy, điện trở thêm vào Rext   0, 24  1,76  (c) Vì kích từ không thay đổi, dòng điện phần ứng tỷ lệ thuận với mômen Do đó, mômen tải tăng gấp đôi dòng điện phần ứng tăng gấp đôi, nghĩa I a    10 A Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng E  24  0,24  10  21,6 V Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng trước tăng mômen E1  24  0,24   22,8 V 21,6  2842 vòng/phút Tốc độ động n2  3000  22,8 (d) Sức điện động tỷ lệ thuận với tốc độ, kích từ không thay đổi Do đó, sức điện động ứng với tốc độ 1500 vòng/phút 1500 E3   21,6  11,4 V 2842 Điện áp đặt vào phần ứng (cũng điện áp ngõ biến đổi) V3  11,4  0, 24  10  13,8 V