Đề thi cuối học kỳ I năm học 2017-2018 môn Máy điện | Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐỀ THI CUỐI HỌC KỲ I, NĂM HỌC 2017-2018
MÔN THI: MÁY ĐIỆN.
Sinh viên được sử dụng tài liệu viết tay gồm 4 TRANG A4.
Thời gian: 120 phút.
Câu 1: (2,5 điểm) Máy biến áp
Một máy biến áp (MBA) 3 pha 750 kVA, 22/0,4 kV, 50 Hz, Dyn-11. Thông số MBA: tổn hao không tải
855 W, dòng điện không tải 1,5%, tổn hao ngắn mạch 6725 W, điện áp ngắn mạch 6%. Giả sử điện áp sơ cấp
luôn ổn định ở 22 kV, và tải 3 pha luôn cân bằng.
a) Xác định các thông số mạch tương đương (gần đúng) của MBA quy về sơ cấp? (0,75đ)
b) MBA cấp điện cho tải 650 kW với hệ số công suất 0,9 trễ, tính hiệu suất, độ thay đổi điện áp và điện áp thứ cấp của MBA? (0,75đ)
MBA cấp cho một khu dân cư (KDC) thông qua đường dây (bên thứ cấp) có tổng trở pha là 10 + j2 m.
c) Tải tiêu thụ tại KDC như ở câu b, tính điện áp thứ cấp MBA và điện áp tại KDC? (0,5đ)
d) Tại KDC có hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hệ này đã cung cấp đủ công suất cho KDC và còn đang cấp
ngược lên lưới 22 kV một công suất 500 kVA với cos = 1, tính điện áp tại KDC? Nhận xét gì nếu thiết bị
sử dụng tại KDC có điện áp định mức là 380V? (0,5đ)
Câu 2: (2,5 điểm) Máy điện không đồng bộ
Cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn: 3 pha, áp dây 460 V, đấu Y, 25 kW, 60 Hz, 4 cực. Các
thông số một pha đã quy đổi về stator: R 
s = 0,103 ; R'r = 0,225 ; Xls = 1,1 ; X'lr = 1,13 ; Rc ; Xm =
59,4 ; s = 2%. Tổn hao quay 485 W và luôn là hằng số.
a) Tính toán các thông số và vẽ sơ đồ tương đương Thevenin một pha của động cơ? (1đ)
b) Tính tốc độ rotor, công suất và moment đầu trục (công suất và moment ra) của động cơ? (0,75đ)
c) Tính các tổn hao và hiệu suất của động cơ? (0,75đ)
Câu 3: (2,5 điểm) Máy điện đồng bộ
Động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn 6600 V, 50 Hz, 8 cực, dây quấn stator nối Y, có tổng trở đồng
bộ Z  0, 66  j6, 6 Ω/pha. Động cơ đang làm việc tại điện áp và tần số định mức. Nếu điều chỉnh dòng s
kích từ để sức điện động pha Ef = 3800 V, máy bị mất đồng bộ tại moment định mức (mất đồng bộ khi công
suất điện từ Pm đạt độ lớn cực đại; Ef được điều chỉnh bằng dòng kích từ If, giả sử mạch kích từ tuyến tính).
a) Tính Ef để máy sẽ mất đồng bộ khi chạy với 150% moment định mức? (1,5đ)
b) Tính dòng tiêu thụ, công suất tiêu thụ và hệ số công suất của động cơ tại moment định mức với sức điện động như câu a? (1đ) 2 V  E R  E   Cho biết:  P  3 pha
f sin     3 pha f với Z  R  jX  Z   và góc moment m 2   Z Z s pha s s  2  s s
(góc tải) <0 (vì ở chế độ động cơ).
Câu 3: (2,5 điểm) Máy điện một chiều
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập 25 kW; điện trở dây quấn phần ứng là 0,005 . Cho từ thông
luôn không đổi; bỏ qua tổn hao mạch kích từ và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng. Đem động cơ thử
nghiệm như một máy phát vận hành không tải với tốc độ 3000 rpm, điện áp đo được ở hai đầu dây quấn phần ứng là 127 V.
a) Động cơ vận hành ở tải định mức, tốc độ là 3000 rpm, điện áp nguồn là 128 V. Tính công suất điện từ, tổn
hao quay; tổn hao dây quấn phần ứng và hiệu suất của động cơ. (1,5đ)
b) Điện áp nguồn vẫn là 128 V; công suất tải giảm còn 10 kW. Tính tốc độ của động cơ; các tổn hao và hiệu
suất của động cơ. Biết rằng tổn hao quay luôn không đổi. (1đ)
-----------------------------------------------------HẾT------------------------------------------------ ĐÁP ÁN SƠ BỘ
Câu 1: MBA:____________________________________________________
MBA 3 pha, Dyn-11 _________________ Z1n = 116.1600 V1dm = 22000 X1n = 114.8555 V1dmf = 22000 X1 = 57.4278 V2dmd = 400 X2 = 57.4278 V2dmf = 230.9401 k = 95.2628 -----------Cau b)
I1dmd = 19.6824; dòng dây định mức cos_b = 0.9000
I1dmf = 11.3636; dòng pha định mức P_b = 650000 I2dmf = 1.0825e+03 S_b = 7.2222e+05 I10f_pc = 0.0150 bta_b = 0.9630
I10f = 0.1705; dòng không tải Eff_b = 0.9892 V1n_pc = 0.0600 sin_b = 0.4359
V1n = 1320; điện áp ngắn mạch dV_b = 0.0327 Rdd = 0.0100 V2_b 386.9308 Xdd = 0.0020
Rdd1 = 90.7500; quy về sơ cấp -----------Cau c)
Xdd1 = 18.1500; quy về sơ cấp dV_c = 0.0772 V2_c = 369.1067 -----------Cau a) Pof = 285 -----------Cau d) Pnf = 2.2417e+03 cos_d = 1 R1c = 1.6982e+06 S_d = 500000 Ir = 0.0130 P_d = 500000 Ix = 0.1700 bta_d = 0.6667 X1m = 1.2944e+05 sin_d = 0 R1n = 17.3595 dV_d = 0.0372 R1 = 8.6797 V2_d = 414.8911 R2 = 8.6797
Đáp số:------------------------------------- a) R1 = 8.679733 Ohm a) R2' = 8.679733 Ohm a) X1 = 57.427769 Ohm a) X2' = 57.427769 Ohm a) Rc = 1698.245614 k.Ohm a) Xm = 129.441034 k.Ohm . b) Eff_b = 98.920838 % b) dV_b = 3.267304 % b) V2_b = 386.930784 V .
c) Dien ap thu cap MBA tuong tu nhu cau b! c) dV_c = 7.723316 % c) V2_c = 369.106738 V
c) =>Dien ap tren khu dan cu giam 2.866648 % so voi 380V! . d) dV_d = 3.722778 % d) V2_d = 414.891111 V
d) =>Khi cong suat tai nguoc len luoi, dien ap tai khu dan cu tang 9.181871 % so voi 380V!
Bài giải:____________________________________________________
% May Dien HK171 CQ _ Cau MBA clc R1n = Pnf/I1dmf^2 clear R1= R1n/2
disp('MBA 3 pha, Dyn-11 _________________') R2= R1n/2 Po = 855; Z1n = V1n/I1dmf Pn = 6725; X1n = sqrt(Z1n^2-R1n^2) Sdm = 750e3; X1 = X1n/2 V1dm = 22000 X2 = X1n/2 V1dmf = V1dm disp('-----------Cau b)') V2dmd = 400 cos_b=0.9 V2dmf = V2dmd/sqrt(3) P_b=650e3 k = V1dmf/V2dmf S_b=P_b/cos_b I1dmd = Sdm/(sqrt(3)*V1dm) bta_b=S_b/Sdm I1dmf = I1dmd/sqrt(3) Eff_b=P_b/(P_b+Po+bta_b^2*Pn) I2dmf = Sdm/3/V2dmf sin_b=sqrt(1-cos_b^2) I10f_pc = 0.015
dV_b=bta_b*Sdm/3*(R1n*cos_b+X1n*sin_b)/V1 I10f = I10f_pc*I1dmf dm^2 V1n_pc = 0.06 V2_b=(1-dV_b)*V2dmd % V2 day V1n = V1n_pc*V1dm disp('-----------Cau c)')
dV_c=bta_b*Sdm/3*((R1n+Rdd1)*cos_b+(X1n+ Rdd = 10e-3 Xdd1)*sin_b)/V1dm^2 Xdd = 2e-3 V2_c=(1-dV_c)*V2dmd % V2 day disp('-----------Cau d)') Rdd1 = Rdd*k^2 cos_d=1 Xdd1 = Xdd*k^2 S_d=500e3 disp('-----------Cau a)') P_d=S_d*cos_d Pof = Po/3 bta_d=S_d/Sdm Pnf=Pn/3 sin_d=sqrt(1-cos_d^2) R1c = V1dm^2/Pof
dV_d=bta_d*Sdm/3*((R1n+Rdd1)*cos_d+(X1n+ Ir = V1dm/R1c Rdd1)*sin_d)/V1dm^2 Ix = sqrt(I10f^2 - Ir^2) V2_d=(1+dV_d)*V2dmd % V2 day X1m = V1dm/Ix
disp('Ket qua _________________')
TEXT = sprintf('a) R1 = %f Ohm', R1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) R2'' = %f Ohm', R2); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) X1 = %f Ohm', X1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) X2'' = %f Ohm', X2); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Rc = %f k.Ohm', R1c/1000); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Xm = %f k.Ohm', X1m/1000); disp(TEXT) disp('.')
TEXT = sprintf('b) Eff_b = %f %%', Eff_b*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) dV_b = %f %%', dV_b*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) V2_b = %f V', V2_b); disp(TEXT) disp('.')
TEXT = sprintf('c) Dien ap thu cap MBA tuong tu nhu cau b!'); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) dV_c = %f %%', dV_c*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) V2_c = %f V', V2_c); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) =>Dien ap tren khu dan cu giam %f %% so voi 380V!', (380-V2_c)/380*100); disp(TEXT) disp('.')
TEXT = sprintf('d) dV_d = %f %%', dV_d*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) V2_d = %f V', V2_d); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) =>Khi cong suat tai nguoc len luoi, dien ap tai khu dan cu tang %f %% so voi 380V!', (V2_d- 380)/380*100); disp(TEXT)
Bộ môn Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Câu 2: KĐB:____________________________________________________ Đáp án:
a) Sơ đồ thay thế Thevvenin RTh = 0.0993 XTh = 1.0802
i0 = 0.0075 - 4.3898i (dòng không tải khi tìm điện áp thevenin, dòng này cũng được xem như dòng
không tải khi làm việc – gần đúng)
vTh = 2.6075e+02 + 4.4392e-01i VTh = 260.7520 VThAng = 0.0975 b)
ir = 22.1430 - 4.2730i (dòng điện rotor) Ir = 22.5515 IrAng = -10.9224 Pag = 1.7164e+04 M2 = 89.6315 Prot = 265 Piron = 220 Pj2 = 343.2861
is = 22.1505 - 8.6628i (dòng điện stator) Is = 23.7842 IsAng = -21.3599 Pj1 = 174.7977 Ptotal = 1.0031e+03 nuy = 0.9429
Bài giải:____________________________________________________ clear close all clc P2r=25000; Vr=460; f=60; p=2; Rs=0.103; Rr=0.225; Xls=1.1; Xlr=1.13; Xm=59.4; Prot=265; Piron=220; V=Vr/sqrt(3); s=2/100; % a) Thevenin zs=Rs+1j*Xls; zm=1j*Xm; zTh=zs*zm/(zs+zm); Trang 1/1
Bộ môn Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM RTh=real(zTh) XTh=imag(zTh) i0=V/(zs+zm) vTh=zm*i0 [VTh,VThAng]=Fn_com2real(vTh) % b) s=2% ns=60*f/p; n=ns*(1-s); zr=Rr/s+1j*Xlr ir=vTh/(zTh+zr) [Ir,IrAng]=Fn_com2real(ir) % cong suat dien tu Pag=3*Ir^2*Rr/s Pm=Pag*(1-s); Pshaft=Pm-Prot; M2=Pshaft*9.55/n % c) các ton hao hieu suat Prot Piron Pj2=s*Pag is=i0+ir [Is,IsAng]=Fn_com2real(is) Pj1=3*Rs*Is^2 Ptotal=Prot+Piron+Pj1+Pj2 nuy=Pshaft/(Pshaft+Ptotal) nn=ns/10:2:ns; Tmm=9.55*Pm./nn; plot(nn,Tmm); Trang 1/1
Bộ môn Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Câu 3: Máy điện đồng bộ:____________________________________________________ Zs = complex(0.66,6.6); V = 6600/sqrt(3); E = 3800;
- Công suất điện từ tại moment định mức:
Pdt1 = 3*(-V*E*(-1)/abs(Zs) - E^2*real(Zs)/(abs(Zs))^2)
- Tại 150% moment định mức, công suất điện từ tương ứng sẽ là 150% định mức
%solve('3*(-V*x*(-1)/abs(Zs) - x^2*real(Zs)/(abs(Zs))^2)-1.5*Pdt1')
%E1=((0.5*(V*abs(Zs) + abs(Zs)*(V^2 - 2.0*Pdt1*real(Zs))^(1/2)))/real(Zs))
E2=((0.5*(1.0*V*abs(Zs) - abs(Zs)*(V^2 - 2.0*Pdt1*real(Zs))^(1/2)))/real(Zs))
- Tại định mức với giá trị E2 như trên:
sin_theta_minus_alpha = (abs(Zs)/(V*E2))*(-Pdt1/3 - E2^2*real(Zs)/(abs(Zs))^2)
theta_minus_alpha = asin(sin_theta_minus_alpha) alphar = pi/2 - angle(Zs)
thetar = alphar + theta_minus_alpha thetad = thetar*180/pi E2c = E2*exp(j*thetar) Ia = (V - E2c)/Zs I = abs(Ia) phir = - angle(Ia) phid = phir*180/pi PF = cos(phir) % P1 = 3*V*I*PF Pdt1 =5.8993e+006 E1 =3.2186e+004 (loại) E2 =6.1089e+003
sin_theta_minus_alpha = -0.7198 theta_minus_alpha =-0.8036 alphar = 0.0997 rad thetar = -0.7039 rad thetad =-40.3307 độ
E2c =4.6569e+003 -3.9537e+003i Ia =5.8041e+002 +1.8629e+002i Dòng tiêu thụ I = 609.5740 phir = -0.3106 rad phid =-17.7945 độ PF = 0.9522 sớm Công suất tiêu thụ P1 =6.6350e+006 Trang 1/1
Bộ môn Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Câu 4: Máy điện DC:____________________________________________________ Đáp án sơ bộ Câu a)
Ia = 200 dòng điện phần ứng Prot = 400 tổn bao quay
Pa = 200; tổn hao đồng phần ứng
P1 = 25600; công suất ngõ vào nuy = 0.9766; hiệu suất câu b)
Ea1 = 127.5925 (sức phản điện động phần ứng)
n1 = 3.0140e+03 tốc độ động cơ Ia1 = 81.5095 Pa = 33.2190 P1 = 1.0433e+04 nuy = 0.9585
Bài giải:____________________________________________________ clear close clc V=128; Pshaft=25000; n=3000; Ra=0.005; Ea=127; Ia=(V-Ea)/Ra Pm=Ea*Ia; Prot=Pm-Pshaft Pa=Ra*Ia^2 P1=Pm+Pa nuy=Pshaft/P1 P_SHAFT=10000; PM=P_SHAFT+Prot; d=V^2-4*PM*Ra; Ea1=(V+sqrt(d))/2 Ea2=(V-sqrt(d))/2; n1=Ea1*n/Ea Ia1=PM/Ea1 Pa=Ra*Ia1^2 P1=Pa+PM P11=V*Ia1 nuy=P_SHAFT/P1 Trang 1/1