Đề thi học kỳ 2 môn Máy điện (Có đáp án)
ĐỀ THI HỌC KỲ 2, NĂM HỌC 2011ꢀ2012.
MÔN THI: MÁY ĐIỆN.
Sinh viên chỉ được sử dụng tài liệu là một tờ giấy A4 viết tay.
Thời gian: 110 phút
Sinh viên chọn 3 trong 4 câu được cho bên dưới. Đề thi gồm 02 trang
Câu 1: Máy biến áp
Tài liệu kỹ thuật của một máy biến áp ba pha 100KVA, 22/0.4KV, nối Y/ꢀ, cho thấy tổn
hao không tải là 230W, dòng điện không tải là 2%, tổn hao ngắn mạch là 1320W và điện
áp ngắn mạch 4%, ứng với các điều kiện thí nghiệm chuẩn.
a) Dựa vào các số liệu đã cho, xác định sơ đồ tương đương gần đúng 1 pha của máy
biến áp, với các tham số quy đổi về phía cao áp.
(1.5 điểm)
b) Từ đó xác định độ ổn định điện áp của máy khi cấp cho tải 60kW ở hệ số công suất
0.8 trễ và sớm (hai trường hợp), với điện áp ngõ ra bằng giá trị định mức. (1.5 điểm)
c) Xác định điều kiện tải đối với tải thuần trở để hiệu suất của máy đạt cực đại, và tính
giá trị hiệu suất tại đó.
(1 điểm)
Câu 2. Máy điện không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, 40kW, 440V, sáu cực, 60Hz, có tốc độ định
mức là 1164V/phút ở tải định mức khi các vành trượt được nối ngắn mạch. Bội số
Mmax
Mdm
moment cực đại
là 3. Điện trở dây quấn rotor là 0.1(Ohm/pha), rotor nối Y. Bỏ
qua các tổn hao quay, tổn hao phụ và điện trở dây quấn stator.
a) Tính tổn hao đồng rotor khi tải định mức.
b) Tốc độ của động cơ khi tải có moment cực đại.
(1 điểm)
(1 điểm)
c) Tính điện trở cần nối tiếp với mạch rotor để moment mở máy có giá trị cực đại.
(1 điểm)
Bây giờ động cơ được vận hành với lưới điện 50Hz có điện áp lưới được điều chỉnh
thích hợp sao cho từ thông trong khe hở không khí vẫn có giá trị giống như khi vận hành
với lưới 60Hz.
d) Tính điện áp ở tần số 50Hz khi đó?
(1 điểm)
Câu 3: Máy điện đồng bộ
Cho một máy điện đồng bộ ba pha 225MVA, 15kV, nối Y, 50Hz, hai cực, có các số liệu thí nghiệm:
Dòng kích từ
470A
Dòng ngắn mạch
3897A
Điện áp không tải
15kV
Điện áp khe hở
16.65kV
1045A
8660A
19kV
37kV
a) Bỏ qua điện trở phần ứng. Tính giá trị điện kháng đồng bộ bão hòa Xs và không bão hòa Xs,δ?
(1 điểm)
Khi máy phát trên hòa lưới 15kV, cung cấp cho lưới 191.2MW với hệ số công suất là 0.85
chậm pha. Bỏ qua các tổn hao.
b) Tính sức điện động, góc tải?
c) Với dòng kích từ như ở câu b: Tính công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp
cho lưới mà chưa mất đồng bộ? Tính moment cơ cực đại khi đó? (1 điểm)
(1 điểm)
d) Để cho máy phát chạy ở chế độ bù công suất phản kháng, cần điều chỉnh dòng kích từ
sao cho dòng điện phần ứng bằng định mức , hệ số công suất bằng 0, chậm pha. Khi đó,
tính sức điện động, góc tải?
(1 điểm)
Eb = 24,9kV
δb = 41o
Sức điện động:
Góc tải:
Pmax = 291MW
Tmax = 927kNm
Ed = 27,9kV
δd = 0o
Công suất tác dụng cực đại:
Moment cực đại:
Sức điện động:
Góc tải:
Câu 4. Máy điện một chiều
Một máy phát DC kích từ song song có sức điện động cảm ứng trên cuộn phần ứng Ea
250I f + 30
khi đang chạy ở vận tốc 1200 rpm được xấp xỉ như sau: Ea =
, If là dòng
3 + I f
kích từ. Điện trở phần ứng 1 Ω.
a/ Tính điện áp đầu cực và dòng phần ứng của máy phát biết máy đang vận hành ở
vận tốc 1300 rpm(vòng/phút), điện trở nhánh kích từ song song 25 Ω, dòng đầu cực
8A (bỏ qua phản ứng phần ứng).
b/ Tính hiệu suất của máy phát trong câu trên?
(2 điểm)
(1 điểm)
c/ Nếu xem xét phản ứng phần ứng, điện áp đầu cực trong câu trên sẽ tăng hay giảm,
giải thích? (1 điểm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀHẾTꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
Chú ý: Trong trường hợp đã giải 4 câu đề nghị sinh viên chỉ rõ câu mà sinh viên cần bỏ.
Ngược lại bài thi sẽ được tính điểm 3 câu theo trình tự giải bài từ trên xuống cuối bài.
Câu 1:
a)
i) Thí nghiệm không tải được thực hiện với điện áp định mức đặt vào phía 0.4 kV, do đó:
U220
Rc
2
230
3
4002
400 3
P =
=
=
ꢀ
Rc(
)
=
= 2087 ꢁ
83.33 = 1.666 A
20
2
Rc
230
100000
I2
=
= 83.33A
ꢀ
I20
= 0.02
)
(
dm
)
(
pha
3(400
)
U20
Rc
IR =
XM
= 0.1917 A
ꢀ
IX = I220 ) − IR2 = 1.6662 − 0.19172 = 1.655 A
(
pha
400
=
( )
= 241.7 ꢁ
2
1.655
Các giá trị Rc( và XM vừa tính là các giá trị quy đổi về phía hạ áp.
2
)
(2)
22000/ 3
400
Tỷ số vòng dây của máy:
a =
Do đó, thông số của nhánh từ hóa quy đổi về phía cao áp sẽ là:
22000 2
400 3
Rc = a2 Rc(
=
)
2087 = 2.1Mꢁ
2
22000 2
400 3
XM = a2 XM
=
( )
241.7 = 243.7 kꢁ
2
SV có thể tính trực tiếp từ phía cáo áp.
ii) Thí nghiệm ngắn mạch được thực hiện với điện áp được tăng dần từ 0 đặt vào phía 22 kV đến
khi dòng điện cuộn hạ áp đạt giá trị định mức, do đó:
22000
U1n
= 0.04*
)
= 508.1V
(
pha
3
144.3
400
)
3
508.1
2.624
I1n = I2 ) /a =
= 2.624 A
ꢀ
Z1n =
=193.6 ꢁ
(
dm
(
22000
1320
3
1320
2
P =
= R1n I12n = R1n
(2.624
)
ꢀ
R1n =
= 63.9 ꢁ
2
20
3
(
2.624
)
X1n = Z12n − R12n = 193.62 − 63.92 =182.8 ꢁ
Mạch thay thế 1 pha của MBA quy về phía sơ cấp (cao áp)
j182.8
ꢁ
63.9
ꢁ
I1
I2 a
+
+
U1
aU2
j243.7 k
ꢁ
2.1 Mꢁ
–
–
b) Giả sử điện áp pha a của tải là vectơ tham chiếu, nghĩa là
, khi đó
U2a = 400∠0° V
aU2 = 12702∠0° V
a
Khi tải tiêu thụ 60 kW ở hệ số công suất 0.8, dòng điện thứ cấp có độ lớn:
60000
I2
62.5
I2 =
= 62.5 A
ꢀ
=
=1.968 A
3(
400)(0.8
)
a
12702/400
Với tải có hệ số công suất 0,8 trễ, điện áp khi máy biến áp không mang tải sẽ là:
1
U1 = 12702∠0° +
63.9 +
j182.8
×1.968∠ − cos−
0.8 = 13020∠0.9345° V
a
Độ ổn định điện áp trong trường hợp này:
13020 −12702
VR1 =
×100% = 2.44%
13020
Với tải có hệ số công suất 0,8 sớm, điện áp khi máy biến áp không mang tải sẽ là:
1
U1 = 12702∠0° +
63.9 + j182.8
×1.968∠cos−
0.8 = 12592∠1.653° V
a
Độ ổn định điện áp trong trường hợp này:
12592 −12702
VR2
=
×100% = −0.87%
12592
SV có thể tính theo công thức gần đúng:
β
Ueqr .cos
θ
+ Ueqx .sin
θ
=
ꢀU2 % =
β
(
Ueqr %.cos
θ
+ Ueqx %.sin
θ
)
U1dm
c) Gọi hệ số tải là x, khi đó hiệu suất của máy khi làm việc với tải thuần trở có thể được biểu diễn
như sau:
3U2
x
I2
(dm
)
η
=
×100%
2
3U2
(
x
)
I2 ) + ꢀP + 3R1n
(
xI2
)
(
dm
thep
(
dm
)
Trong lý thuyết, chúng ta đã biết biểu thức hiệu suất dạng này sẽ đạt cực đại khi (tìm được bằng
cách gán d /dx = 0):
2
ꢀP = 3R1n
xI2
thep
(
dm
)
Do đó:
ꢀP
P
230
thep
0
x =
=
=
= 0.4174
2
P
1320
3R1n
(I2
)
n
(
dm
)
Và giá trị hiệu suất cực đại tương ứng sẽ là:
0.4174100000
η
=
×100% = 98.91%
(
0.4174)(100000
)
+ 230 + 230
Câu 2:
Lời giải (hướng dẫn)
s
a) Áp dụng công thức:
P
=
P
co
cu2
1− s
Pcơ=P2=40000W (bỏ qua tổn hao quay)
n1 − n
n1
1200 −1164
Độ trượt định mức: s =
=
= 0.03
1200
60× f
p
n1=
=1200
Pcu2= 1237.1 (W)
b) Áp dụng công thức Klauss
s = 0.1749
Mdm
2
1
3
=
=
⇒
sdm smax
s = 0.0051(loai)
Mmax
+
smax sdm
→tốc độ động cơ=990RPM
R2' + Rt'hem
c) Áp dụng công thức: Sth = Smm
=
=1 (khi bỏ qua điện trở đồng stator)
Xn
R2'
Mặt khác từ câu b), sth =
= 0.1749
Xn
Từ 2 công thức trên:
R2'
R2' + Rt'hem
=
0.1749
R'
R
them
them
⇒
= 4.7191 =
⇒ Rthem = 0.47191
R2'
R2
U
d) Áp dụng tính gần đúng bằng biểu thức:
= const
f
Câu 3:
a) .
Điện áp pha định mức:
Ua,đm =15000 3 = 8660V
Ua,đm
Ia,sc
8660
3897
Xs =
=
= 2,2223ꢁ
Điện kháng bảo hòa:
(Ua ,đm
)
Eaf ,
37000 3
8660
δ
Xs, =
=
= 2,4667ꢁ
Điện kháng không bảo hòa:
δ
Ia,sc
b) .
Pb
191,2MW
0,85
Sb =
=
= 225MVA
Công suất phát lên lưới:
Dòng điện phần ứng:
cosphi
Sb
212,4MW
3*8660
Ib =
=
= 8658A
3* Ua,đm
Eb = 24,9kV
δb = 41o
Sức điện động:
Góc tải:
c) .
Pmax = 291MW
Tmax = 927kNm
Công suất tác dụng cực đại:
Moment cực đại:
d) .
Sức điện động:
Ed = 27,9kV
δd = 0o
Góc tải:
Ket qua _________________________________________________________
a) Dien khang dong bo khong bao hoa: Xskbh = 2.466739 Ohm
a) Dien khang dong bo bao hoa: Xsbh = 2.222287 Ohm
b) Suc dien dong: Eb = 24914.893701 V
b) Goc tai: delta_b = 41.026880 do
c) Cong suat cuc dai: Pmax = 291280022.263701 W
c) Moment: Tmax = 927173.107344 Nm
d) Suc dien dong: Ed = 27905.827556 V
d) Goc tai: delta_d = 0.000000 do
Câu 4:
a/ Phương trình điện áp sức điện động cảm ứng phần ứng tại 1300 rpm:
250I f + 30
1300
1200
Ea =
⋅
=1⋅(8 + I f ) + 25⋅ I f
3+ I f
Rút gọn được phương trình sau:
26I 2f −184.8333I f − 8.5 = 0
Giải phương trình trên có hai nghiệm: If = 7.15 và If = ꢀ0.0457 (loại).
Do đó điện áp đầu cực: Vt = 7.15x25 = 178.75 V
Dòng phần ứng: 8+7.15 = 15.15 A
b/ Sức điện động cảm ứng: Ea = 26If + 8 = 193.9 V
Hiệu suất máy phát:
100*(178.75*8)/(193.9*15.15) = 48.7%
c/ Khi có phản ứng phần ứng, điện áp đầu cực sẽ giảm do hiện tượng giảm từ hóa.
6 trang
19780
Bạn đang xem tài liệu "Đề thi học kỳ 2 môn Máy điện (Có đáp án)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- de_thi_hoc_ky_2_mon_may_dien_co_dap_an.pdf
