Đề thi cuối học kỳ I môn Kỹ thuật điện 2 - Năm học 2009-2010 (Có đáp án)

ĐỀ THI KIỂM TRA CUỐI KỲ (HỌC KỲ I, 2009-2010) MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN 2 (MSMH:408020) Thời gian: 120 phút Sinh viên được phép dùng tài liệu, KHÔNG được phép trao đổi tài liệu. Câu 1: (4 điểm) Cho một động cơ không đồng bộ ba pha có nhãn như hình bên. a) Khi động cơ vận hành ở định mức, biết tổn hao cơ là 700W: Tính độ trượt, moment ngõ ra có ích, công suất điện từ, moment điện từ, công suất tổn hao đồng trên rotor và hiệu suất của động cơ? (3đ) b) Khi động cơ nối Y và được cấp nguồn ba pha 380V, 50Hz, động cơ có moment cực đại Tmax và độ trượt tới hạn sm. Nếu động cơ nối Y và được cấp nguồn ba pha 220V, 29Hz, thì moment cực đại là Tmax2 và độ trượt tới hạn là sm2. Giả sử bỏ qua điện trở stator và nhánh từ hóa. Tính tỷ lệ Tmax2/Tmax và sm2/sm ? (1đ) Câu 2: (3 điểm) Một động cơ DC kích từ song song 15 hp, 220 V, 1800 vòng/phút. Động cơ có điện trở dây quấn phần ứng 0,2 Ω, điện trở dây quấn kích từ 80 Ω. Đặc tính từ hóa của máy tại 1800 vòng/phút: Ea (V) 150 180 189,2 192,5 215 227 Ikt (A) 0,8 1,0 1,07 1,1 1,28 1,44 Bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng. Nếu một biến trở phụ R được gắn nối tiếp với dây quấn kích từ có giá trị từ 0-150 Ω. a) Khi điện trở R = 120 Ω. Nếu dòng tiêu thụ của động cơ là 50A tại U=220V, tính tốc độ của động cơ? (1đ) b) Biết tổn hao sắt là 500W không đổi, tổn hao cơ thay đổi tỉ lệ với tốc độ và bằng 600W tại 1800 vòng/phút. Tính hiệu suất của động cơ ở trường hợp câu a? (1đ) c) Tính R để động cơ có tốc độ 2000 vòng/phút với dòng phần ứng giống như câu a, U=220V? (1đ) Câu 3: (3 điểm) Một máy phát đồng bộ 3 pha, 2 cực, 60 Hz, 25 MVA, 13,8 kV, nối Y, cực từ ẩn, có các kết quả từ thí nghiệm không tải và ngắn mạch như sau: Thí nghiệm không tải: Dòng kích từ (A) 320 365 380 475 570 Đặc tính không tải (điện áp dây, kV) 13,0 13,8 14,1 15,2 16,0 Đặc tính khe hở ngoại suy (điện áp dây, kV) 15,4 17,5 18,3 22,8 27,4 Thí nghiệm ngắn mạch Dòng kích từ (A) 320 365 380 475 570 Dòng ngắn mạch phần ứng (A) 1040 1190 1240 1550 1885 Bỏ qua điện trở phần ứng ở mỗi pha. a) Tính điện kháng đồng bộ mỗi pha không bão hòa? (1đ) b) Tính điện kháng đồng bộ mỗi pha bão hòa khi dòng kích từ là 365 A? (1đ) c) Tính điện kháng đồng bộ mỗi pha bão hòa khi dòng kích từ là 570 A? (1đ) -Hết- ĐÁP ÁN ĐỀ THI KIỂM TRA CUỐI KỲ (HỌC KỲ I, 2009-2010) MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN 2 (MSMH:408020). Thời gian: 120 phút Sinh viên được phép dùng tài liệu, KHÔNG được phép trao đổi tài liệu. Câu1: (4 Điểm) Ở định mức, công suất có ích: Pout = 15kW. a) Do truot: s = 0.033333 Moment ngo ra: Tout = 98.785827 Nm Cong suat dien tu: Pdt = 16241.379310 W Moment dien tu: Tdt = 103.395832 Nm Ton hao dong rotor: Pcur = 541.379310 W Hieu suat: Eff = 0.873186 b) Tmax2/Tmax = 0.996374 ≈ 1 ==Î Tmax = const sm2/sm = 1.724138 % Bo qua Rs, va nhanh tu hoa: 3 U2 3 U2 ⎛ 3 ⎞ 2 2 1 2 t 1 2 f ⎜ P 2 ⎟⎛ Uf ⎞ ⎛ Uf ⎞ Tmax = ≈ ' = ' ⎜ ⎟ ~ ⎜ ⎟ 2 ' 2 ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ωs ωs ()Xs + Xr 2π 2π()Ls + Lr ⎝ f ⎠ ⎝ f ⎠ R t + R t + ()Xt + Xr ⎝ ⎠ % Tmax ~ (U/f)^2 % k_Tmax = Tmax2/Tmax = (U2/f2)^2/(U/f)^2 k_Tmax = Tmax2/Tmax = (U_2/f_2)^2 / (Ud/f)^2 ' ' R r ⎛ R r ⎞ 1 1 % Bo qua Rs : sp = ≈ ⎜ ' ⎟ ~ 2 ' 2 ⎜ ⎟ 2π()Ls + Lr f f R t + ()Xt + Xr ⎝ ⎠ % k_smax = sm2/sm = (1/f2)/(1/f) k_smax = sm2/sm = f/f_2 Bài giải Matlab cho câu 1: clc s = (1-n/ns) clear all w = 2*pi*n/60 % Cau1_De Thi_KTD2_NH0910HK1_Lop CQ Tout = Pdm/w % SV co the chon cach giai tuong duong Pco = Pdm + Pthco khac Pdt = Pco/(1-s) ws = 2*pi*f/P Pdm = 15000 %W Tdt = Pdt/ws % Noi Y Pcur = Pdt*s Ud = 380 %V Pin = sqrt(3)*Ud*I*cosp I = 29 % A Eff = Pdm/Pin cosp = 0.9 disp('++++++++++++++++++Cau b)') f = 50 %Hz U_2 = 220 %V n = 1450 f_2 = 29 % Hz Pthco = 700 %W % Bo qua Rs, va nhanh tu hoa disp('Bai giai ______________') % Tmax ~ (U/f)^2 % k_Tmax = Tmax2/Tmax = (U2/f2)^2/(U/f)^2 disp('++++++++Cau a)') % k_smax = sm2/sm = (1/f2)/(1/f) P = 2 % pair of poles k_Tmax = (U_2/f_2)^2 / (Ud/f)^2 ns = 60*f/P k_smax = f/f_2 disp('Ket qua _____________________________________________________________') TEXT = sprintf('a) So cap cuc: P = %f', P); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Do truot: s = %f', s); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Moment ngo ra: Tout = %f Nm', Tout); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Cong suat dien tu: Pdt = %f W', Pdt); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Moment dien tu: Tdt = %f Nm', Tdt); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Ton hao dong rotor: Pcur = %f W', Pcur); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) Hieu suat: Eff = %f', Eff); disp(TEXT) disp('.') TEXT = sprintf('b) Tmax2/Tmax = %f', k_Tmax); disp(TEXT) TEXT = sprintf('b) sm2/sm = %f', k_smax); disp(TEXT) Câu2 : (3 Điểm) Chú ý là mạch kích từ bảo hòa. Vì vậy Φkt không tỷ lệ với Ikt, cần tra bảng. Câu a, b: Ikta = Iktb = const. Chú ý là điểm làm việc không phải ở định mức. Câu c, Iktc ≠ Ikta. Chú ý Φkt không tỷ lệ với Ikt vì mạch từ bảo hòa. Khi Ikt = const ⇒ Φkt = const: Có thể áp dụng: E ~ ω ~ n a/ Rnta =120 Ikta = U/(Rkt+Rnta) = 1.1 A Tra bảng Î Ea_1800 = 192.5V tại 1800 vòng/phút Với dòng Ia = 50A Î Iưa = Ia – Ikta = 48.9A Ea = U- Iưa*Rư = 210.22 V Lập tỉ số ta được: na = (Ea/Ea_1800)*1800 = 1965 vòng/phút b/ Từ câu a, có na=1965 vòng/phút Tổn hao cơ tỉ lệ với tốc độ Î Pthcơ = 600*(na/1800) = 655.23 W Pin = U*Ia = 11000 W 2 2 Pcu = I ưa*Rư + I kta*(Rnta+Rkt) = 720.24 W Hiệu suất = (Pin - Pfe - Pthcơ-Pcu)/Pin = 0.8295 Hay: Hiệu suất = (Pđta - Pfe - Pthcơ)/Pin = (Ea*Iưa -Pthcơ)/Pin = 0.8295 c/ Ta có, Ec = Ea = 210.22V, nc = 2000 vòng/phút, dòng kích từ Iktc chưa biết, vì mạch từ có thể bảo hoà, nên cần phải tra bảng. Tại cùng dòng kích từ Iktc, khi từ thông tương đương nhau, sức điện động cảm ứng tại 1800 vòng/phút là: Ec_1800 = Ec*(1800/2000) = 189.2 V Tra bảng Î Iktc = 1.07A Î Rntc = (U/Iktc)-Rkt = 125.6 Ohm Câu 3: (3 Điểm) Đáp án: a/ Điện kháng đồng bộ không bão hòa của máy phát trên không đổi với dòng kích từ bất kỳ. Giả sử chọn giá trị dòng kích từ là 365 A. Điện áp không tải trên đặc tính khe hở là 17,5 kV, do đó điện áp pha Vφ ==17,500/ 3 10,104 V . Dòng ngắn mạch phần ứng là 1190 A. 10,104 X = =Ω8, 49 s,δ 1190 b/ Điện kháng đồng bộ bão hòa với dòng kích từ 365 A được tính từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch. Điện áp dây không tải từ đặc tính không tải là 13,8 kV, dòng ngắn mạch là 1190A. Điện áp pha không tải là Vφ ==13,800/ 3 7967,4V . 7967,4 X = =Ω6,696 s 1190 c/ Điện kháng đồng bộ bão hòa với dòng kích từ 570 A được tính từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch. Điện áp dây không tải từ đặc tính không tải là 16,0 kV, dòng ngắn mạch là 1885A. Điện áp pha không tải là Vφ ==16,000/ 3 9237,6 V . 9237,6 X = =Ω4,9 s 1885