Bài giảng Kỹ thuật điện 2 - Chương 4: Máy điện một chiều

Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B Chương 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ và momen điện từ của động cơ? Biết từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 440V, 120A, 970 vòng/phút, điện trở phần ứng 0,16Ω. Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ và momen của động cơ khi đó? Biết từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,2Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính momen, công suất ra định mức của động cơ và hiệu suất của động cơ ở chế độ định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW? Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. a. Tính momen và công suất định mức của động cơ? b. Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW. c. Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động cơ khi đó? d. Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? e. Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên. Ví dụ 5: Một động cơ DC kích từ song song, có các thông số danh định 440Vdc, 122A, 970 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,16Ω và điện trở cuộn kích từ 220Ω. Động cơ mang tải và được cấp dòng điện 42A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động cơ khi đó? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Ví dụ 6: Một động cơ DC kích từ nối tiếp có điện trở phần ứng 0,2Ω và điện trở cuộn kích từ 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 1000 vòng/phút, 40A, 450V. Tính momen điện, công suất và hiệu suất khi động cơ vận hành ở chế độ định mức? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Ví dụ 7: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000 vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng điện của động cơ khi momen điện 87 Nm? Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 1 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B Ví dụ 8: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, 220V, 1500 vòng/phút, 270A có tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,11Ω. Động cơ kéo tải có đặc tuyến momen tải là hằng số, bằng với momen định mức của động cơ. Tính momen định mức và công suất định mức của động cơ? Bài tập 1: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000 vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. a. Vẽ mạch tương đương của động cơ DC kích từ nối tiếp. Dựa vào đặc tuyến momen – tốc độ và chỉ ra điểm làm việc của động cơ. b. Tính công suất và hiệu suất của động cơ ở chế độ định mức? c. Tính tốc độ và dòng điện của động cơ khi momen điện 87 Nm? Khi đó xác định công suất ra và hiệu suất của động cơ? Bài tập 2: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, 420V, 41A, 1000 vòng/phút, có tổng điện trở phần ứng là 0,12Ω và điện trở cuộn kích từ là 0,08Ω. a. Tính momen và công suất định mức của động cơ? b. Động cơ kéo tải có đặc tuyến momen tải tỷ lệ với bình phương tốc độ, . Tính tốc độ, dòng điện và momen của động cơ khi vận hành với tải trên? Bài tập 3: a. Vẽ mạch tương đương của động cơ của (i) động cơ kích từ độc lập và (ii) động cơ kích từ nối tiếp; viết các phương trình ở trạng thái xác lập của mỗi động cơ? b. Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 vòng/phút. Điện trở phần ứng là 0,5Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng khi định mức. i. Tính momen và công suất ra định mức của động cơ? ii. Động cơ kéo tải với dòng điện phần ứng là 40A, tính momen và tốc độ? iii. Vẽ đường cong momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên. Bài tập 4: a. Giải thích cách mô tả cuộn dậy rotor của máy điện DC gồm chỉ một vòng dây và vẽ dạng dòng điện qua cuộn dây đó, biết rằng dòng điện trên các cực của rotor là hằng số. b. Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức: 400V, 100A, 950 vòng/phút. Điện trở phần ứng là 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính momen và công suất ra định mức của động cơ? Động cơ kéo tải với dòng điện phần ứng là 50A, tính tốc độ rotor, momen và công suất ra khi đó? Vẽ đường cong momen - tốc độ và chỉ ra hai điểm đã tính ở trên? b. Bài tập 5: Một động cơ DC kích từ nối tiếp có điện trở phần ứng 0,12Ω và điện trở cuộn kích từ 0,08Ω, được cấp nguồn 420Vdc. Khi động cơ mang tải có momen là 200Nm, dòng điện động cơ là 40A. Tính tốc độ Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 2 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B động cơ khi đó? Tính dòng điện và tốc độ khi động cơ vận hành ở 100Nm? Tính dòng điện khởi động, moment khởi động của động cơ? Bài tập 6: Một động cơ DC kích từ song song 220Vdc, vận hành ở 10A và 1800 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,2Ω và điện trở cuộn kích từ 440Ω. a. Tính momen được kéo bởi động cơ ở điều kiện trên. b. Nếu dòng kích từ vẫn không đổi, tính tốc độ và dòng điện cấp cho động cơ khi động cơ kéo tải 20Nm. c. Dựa vào đặc tuyết tốc độ - momen, xác định tốc độ không tải của động cơ. Bài tập 7: Một động cơ DC kích từ độc lập, có các thông số danh định Phần ứng: 440Vdc, 120A, 970 vòng/phút, điện trở phần ứng 0,16Ω. Phần cảm (kích từ): 440Vdc, điện trở cuộn kích từ 220Ω. Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng luôn là 40A. a. Tính tốc độ, momen, công suất ra và hiệu suất của động cơ khi đó? (giống với kích từ song song) b. Tính tốc độ, momen, công suất ra và hiệu suất của động cơ nếu điện áp phần ứng giảm còn 220V? Điện áp phần cảm vẫn là 440V. c. Tính tốc độ, momen, công suất ra và hiệu suất của động cơ nếu điện áp phần cảm giảm còn 220V? Điện áp phần ứng vẫn là 440V. d. Tính tốc độ, momen, công suất ra và hiệu suất của động cơ nếu điện áp phần ứng và phần cảm giảm còn 220V? (giống với kích từ song song) e. So sánh tốc độ, momen và công suất ra trong các trường hợp trên. Bài tập 8: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 720 vòng/phút, 48A, 230V. Động cơ có điện trở phần ứng 0,1Ω và điện trở cuộn kích từ là 0,15Ω. Tổn hao quay là 650W. a. Tính Mômen điện từ của động cơ Mđt. c. Tính momen momen ngõ ra của động cơ Mra? d. Tính công suất ra và hiệu suất của động cơ ở chế độ định mức? e. Tính dòng điện khởi động, moment khởi động của động cơ? f. Tính tốc độ không tải của động cơ? Vẽ đặc tuyến moment - tốc độ? Bài tập 9: Một động cơ DC kích từ độc lập U =Ukt = 220Vdc, vận hành ở 10,5A và 1800 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,2Ω và điện trở cuộn kích từ 440Ω. a. Tính tốc độ không tải (lý tưởng) của động cơ? b. Tính momen momen ngõ ra của động cơ? c. Nêu và tính 2 phương pháp điều chỉnh để tốc độ động cơ bằng tốc độ không tải, biết momen tải vẫn không đổi. Bài tập 10: Một động cơ DC kích từ song song 220Vdc, vận hành ở 10,5A và 1800 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,2Ω và điện trở cuộn kích từ 440Ω. Biết tổn hao trên mạch từ là 20W, tổn hao quay (quạt gió, ma sát) là 50W, tổn hao phụ khác là 20W. Rơi áp trên tiếp xúc chổi than là 5Vdc. a. Tính momen điện từ và momen ngõ ra của động cơ. Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 3 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B b. Tính hiệu suất của động cơ? c. Tính tốc độ không tải (lý tưởng) của động cơ? Bài tập 11: Một động cơ một chiều kích từ song song có điện trở mạch phần ứng 1Ω, điện trở cuộn dây kích từ 200Ω, điện áp cấp cho động cơ U = 100V. Động cơ có tốc độ không tải 3300 vòng/phút và dòng điện dây không tải là 1,5A. Động cơ đang vận hành với dòng điện dây là 10,5A. a. Tính tốc độ của động cơ n (RPM). b. Tính dòng điện khởi động Imm của động cơ? c. Tính Mômen điện từ của động cơ Mđt. d. Giả sử tổn hao cơ vẫn không đổi so với trường hợp không tải. Tính Mômen ngõ ra của động cơ Mout. Tính hiệu suất của động cơ? Bài tập 12: Một động cơ DC kích từ hỗn hợp, 240Vdc, vận hành ở 125A và 1850 vòng/phút. Điện trở phần ứng 0,05Ω, điện trở cuộn kích từ song song 60Ω, và điện trở cuộn kích từ nối tiếp 0,03Ω. Biết tổn hao quay là 1200W. a. Tính momen điện từ và momen ngõ ra của động cơ. b. Tính hiệu suất của động cơ? c. Tính dòng điện khởi động, moment khởi động của động cơ (hỗn hợp trừ)? d. Tính tốc độ không tải của động cơ? Bài tập 13: Một máy phát DC kích từ độc lập có điện áp không tải 125V khi dòng điện kích từ là 2,1A và tốc độ là 1600 vòng/phút. Tính sức điện động của máy phát khi: a. Dòng kích từ tăng lên 2,8A? Giả sử mạch từ chưa bảo hoà. b. Dòng kích từ tăng lên 2,5A và tốc độ giảm xuống còn 1450 vòng/phút? Bài tập 14: Máy phát DC kích từ song song phát công suất định mức 200kW ở điện áp 600V. Máy có điện trở phần cảm là 250Ω, điện trở phần ứng là 0,234Ω. Biết tốc độ quay luôn không đổi. Tính sức điện động của máy phát khi: a. Dòng điện tải bằng dòng định mức? b. Dòng điện tải bằng nửa dòng định mức, biết khi đó điện áp trên tải là 620V? Bài tập 15: Máy điện DC kích từ độc lập, dùng làm máy phát có dòng điện định mức 40A ở 220V. Biết điện trở phần ứng là 0,38Ω, tổn hao quay là 200W. a. Tính công suất cơ định mức cấp cho máy phát? b. Công suất ra định mức khi máy vận hành ở chế độ động cơ và được cấp nguồn 220V? Bài tập 16: Một máy phát DC kích từ hỗn hợp (rẽ dài) có điện trở cuộn kích từ song song là 24Ω, điện trở cuộn kích từ nối tiếp là 0,0013Ω, điện trở phần ứng là 0,003Ω và điện trở dây quấn cực từ phụ là 0,004Ω. Máy có các thông số định mức là 250kW, 240V, 1200 vòng/phút. Biết tổn hao cơ là 10kW. a. Tính sức điện động của máy lúc đầy tải? b. Tính hiệu suất của máy phát ở định mức? c. Tính momen cơ cấp cho máy phát ở định mức? Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 4 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B Bài tập 17: Máy điện DC kích từ song song, điện trở phần ứng là 0,1Ω, điện trở kích từ 25Ω. Máy được dùng làm máy phát với công suất định mức 25kW ở 125V và tốc độ 1200 vòng/phút. Nếu sử dụng máy làm động cơ kích từ song song, tính: a. Tốc độ động cơ khi công suất vào là 25kW và điện áp 125V? b. Công suất ra của động cơ, biết tổn hao quay là 2kW? c. Momen ra của động cơ. d. Hiệu suất của động cơ? Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 5 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B Bài x. Một động cơ một chiều kích từ song song có điện trở mạch phần ứng 1Ω, điện trở cuộn dây kích từ 200Ω, điện áp cấp cho động cơ Ud = 100V. Động cơ có tốc độ không tải 3300 vòng/phút và dòng điện dây không tải là 1,5A. Động cơ đang vận hành với dòng điện dây là 10,5A: a. Tính tốc độ của động cơ n (RPM). (0,5đ) b. Tính Mômen điện từ của động cơ Mđt. (0,5đ) b2. Tính công suất tổn hao cơ lúc không tải c. Nếu động cơ kẹt, không quay được, tính dòng điện Iktai cấp cho động cơ? (0,5đ) d. Ở chế độ đang hoạt động như câu a, giả sử công suất tổn hao sắt từ và tổn hao cơ vẫn không đổi so với trường hợp không tải. Tính hiệu suất của động cơ? (0,5đ) e. Khi nguồn bị sụt áp (mạch từ vẫn còn tuyến tính), để tốc độ động cơ không được nhỏ hơn 2900 vòng/phút, giả sử dòng điện dây luôn không đổi và bằng 10,5A. Tính giá trị nhỏ nhất của Udd? (1,0đ) Caâu x: disp('Ket qua _________________________________________________________') % Cau a Ikt = Ud/Rkt Iua = Ida - Ikt Iu0 = Id0 - Ikt Ea = Ud - Ru*Iua E0 = Ud - Ru*Iu0 na = Ea/E0 *n0 % Cau b Wa = 2*pi*na/60 Mdm = Ea*Iua/Wa % Cau c Iqt = Ud/Ru + Ikt % Cau d Pqp = E0*Iu0 P1 = Ud*Ida P2 = Ea*Iua - Pqp HS = P2/P1 % Cau e %Iu = const % E = k*kkt*U/Rkt*W % Ed/Ea = (Udd*Wd)/(Ud*Wa) % Udd = Ed + Ru*Iud % Udd = (Udd*Wd)/(Ud*Wa)*Ea + Ru*Iud % Udd = Udd*(Wd*Ea)/(Ud*Wa) + Ru*Iud % Udd = Ru*Iud/(1-(nd*Ea)/(Ud*na)) Iud = Iua Udd = Ru*Iud/(1-(nd*Ea)/(Ud*na)) % Wd = (Udd - Ru*Iud)/(k*kkt*Udd/Rkt) % Wd = 1/(k*kkt/Rkt) - Ru*Iud/(k*kkt*Udd/Rkt) % Wd = 1/(k*kkt/Rkt) - (Ru*Iud/(k*kkt/Rkt))/Udd % Udd giam thi Wd giam Caâu x: Ikt = 0.5000 Iua = 10 Iu0 = 1 Ea = 90 E0 = 99 na = 3000 Wa = 314.1593 Mdm = 2.8648 Iqt = 100.5000 Pqp = 99 P1 = 1050 P2 = 801 HS = 0.7629 Iud = 10 Udd = 76.9231 Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 6 Baøi giaûng Kyõ Thuaät Ñieän 2 T©B Câu 3. Động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu, có thông số định mức 12Vdc, 1,0A, có điện trở mạch phần ứng là 1,0Ω. Khi chạy không tải ứng với điện áp định mức, tốc độ động cơ là 4000RPM và dòng tiêu thụ không tải là 0,1A. Tính: a. Dòng điện khởi động của động cơ? (0,5đ) b. Tổn hao cơ lúc không tải? (0,5đ) c. Tốc độ của động cơ lúc đầy tải? (1,0đ) d. Mômen điện từ định mức của động cơ? (0,5đ) e. Công suất tỏa nhiệt trên động cơ khi chạy đầy tải? (0,5đ) Giả sử tổn hao cơ là do ma sát và luôn không đổi (bằng tổn hao cơ lúc không tải). Câu 3. Động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu, có thông số định mức 24Vdc, 2,0A, có điện trở mạch phần ứng là 1,0Ω. Khi chạy không tải ứng với điện áp định mức, tốc độ động cơ là 3000RPM và dòng tiêu thụ không tải là 0,2A. Tính: a. Tổn hao cơ lúc không tải? (0,5đ) b. Tốc độ, Mômen ngõ ra và Hiệu suất của động cơ lúc đầy tải? (2,0đ) c. Dòng điện lúc động cơ kẹt tải? (0,5đ) Giả sử tổn hao cơ là do ma sát và luôn không đổi (bằng tổn hao cơ lúc không tải). Câu 3: (3 Điểm) a/ Một động cơ DC kích từ độc lập đang hoạt động trong điều kiện sau: 128 V, 150 A, 3000 rpm. Tính: i/ Sức điện động cảm ứng trên cuộn phần ứng (0.5 điểm) ii/ Moment điện từ (0.5 điểm) iii/ Công suất đầu ra (0.5 điểm) Của động cơ trong điều kiện vận hành trên, dòng kích từ được giữ không đổi, điện trở phần ứng là 0.02 Ω. b/ Một động cơ DC kích từ song song có các thông số sau: 220 V, 10 A, 1800 rpm, điện trở phần ứng 0.2 Ω, điện trở kích từ 440 Ω. i/ Tính moment định mức của động cơ. (0.5 điểm) ii/ Nếu như dòng kích từ không đổi, tính dòng tổng hợp và vận tốc của động cơ khi moment có giá trị là 20 N.m. (0.5 điểm) iii/ Triển khai biểu thức quan hệ giữa vận tốc và moment, từ đó xác định vận tốc không tải của động cơ. (0.5 điểm) Bài tập Chương 4: Máy điện một chiều 7