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













M_max

M_dm

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)

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 X_svà không bão hòa X_s,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)

E_b= 24,9kV

δ_b= 41^o

Sức điện động:

Góc tải:

P_max= 291MW

T_max= 927kNm

E_d= 27,9kV

δ_d= 0^o

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 E_a

250I _f+ 30

khi đang chạy ở vận tốc 1200 rpm được xấp xỉ như sau: E_a=

, I_flà 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

R_c

( )

2

230

3

400²

400 3

P =

=

ꢀ

R_c(

)

=

= 2087 ꢁ

83.33 = 1.666 A

20

2

R_c

230

100000

I₂

=

= 83.33A

ꢀ

I₂₀

= 0.02

)

(

)

(

dm

)

(

pha

3(400

)

U₂₀

R_c

I_R=

X_M

= 0.1917 A

ꢀ

I_X= I₂²₀₎− I_R²= 1.666²− 0.1917²= 1.655 A

(

pha

400

=

( )

= 241.7 ꢁ

2

1.655

Các giá trị R_c(và X_Mvừa 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

R_c= a²R_c(

=

)

2087 = 2.1Mꢁ









2

 22000 ²

400 3

X_M= a²X_M

=

( )

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

U_1n

= 0.04*

)

= 508.1V

(

pha

3

144.3

(

400

)

3

508.1

2.624

I_1n= I_{2 )}/a =

= 2.624 A

ꢀ

Z_1n=

=193.6 ꢁ

(

dm

(

22000

1320

3

1320

2

P =

= R_1nI₁²_n= R_1n

(2.624

)

ꢀ

R_1n=

= 63.9 ꢁ

2

20

3

(

2.624

)

X_1n= Z₁²_n− R₁²_n= 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

I₂a

+

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

U_2a= 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

(

U_eqr.cos

θ

+ U_eqx.sin

θ

)

=

ꢀU₂% =

β

(

U_eqr%.cos

θ

+ U_eqx%.sin

θ

)

U_1dm

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 + 3R₁_n

(

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 = 3R_1n

(

xI₂

)

thep

(

dm

)

Do đó:

ꢀP

P

230

thep

0

x =

=

= 0.4174

2

P

1320

3R_1n

(I₂

)

n

(

dm

)

Và giá trị hiệu suất cực đại tương ứng sẽ là:

(

0.4174

)(

100000

)

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

P_cơ=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

M_dm

2

1

3

=

⇒

s_dms_max

s = 0.0051(loai)

M_max

+

s_maxs_dm

→tốc độ động cơ=990RPM

R₂^'+ R_t^'_hem

c) Áp dụng công thức: S_th= S_mm

=

=1 (khi bỏ qua điện trở đồng stator)

X_n

R₂^'

Mặt khác từ câu b), s_th=

= 0.1749

X_n

Từ 2 công thức trên:

R₂^'

R₂^'+ R_t^'_hem

=

0.1749

R^'

R

them

⇒

= 4.7191 =

⇒ R_them= 0.47191

R₂^'

R₂

U

d) Áp dụng tính gần đúng bằng biểu thức:

= const

f

Câu 3:

a) .

Điện áp pha định mức:

U_a,đm=15000 3 = 8660V

U_a,đm

I_a,sc

8660

3897

X_s=

=

= 2,2223ꢁ

Điện kháng bảo hòa:

(U_{a ,đm}

)

E_{af ,}

37000 3

8660

δ

X_s,=

=

= 2,4667ꢁ

Điện kháng không bảo hòa:

δ

I_a,sc

b) .

P_b

191,2MW

0,85

S_b=

=

= 225MVA

Công suất phát lên lưới:

Dòng điện phần ứng:

cosphi

S_b

212,4MW

3*8660

I_b=

=

= 8658A

3* U_a,đm

E_b= 24,9kV

δ_b= 41^o

Sức điện động:

Góc tải:

c) .

P_max= 291MW

T_max= 927kNm

Công suất tác dụng cực đại:

Moment cực đại:

d) .

Sức điện động:

E_d= 27,9kV

δ_d= 0^o

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

E_a=

⋅

=1⋅(8 + I _f) + 25⋅ I _f

3+ I _f

Rút gọn được phương trình sau:

26I ²_f−184.8333I _f− 8.5 = 0

Giải phương trình trên có hai nghiệm: I_f= 7.15 và I_f= ꢀ0.0457 (loại).

Do đó điện áp đầu cực: V_t= 7.15x25 = 178.75 V

Dòng phần ứng: 8+7.15 = 15.15 A

b/ Sức điện động cảm ứng: Ea = 26I_f+ 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.