Bài tập ứng dụng lý luận chung về máy điện xoay chiều

BÀI GIẢI Bước 1: Để vẽ sơ đồ trải dây quấn, cần tính toán các thông số cơ bản của bộ dây quấn như sau: Bước cực:  = p Z = 4 Xác định số nhóm bối phân tán trong pha A như sau: Do q lẻ nê

Biên soạn : Đặng Văn Thành

BÀI TẬP ỨNG DỤNG

LÝ LUẬN CHUNG VỀ MÁY

ĐIỆN XOAY CHIỀU

BÀI TẬP 1

Vẽ sơ đồ trải dây quấn 3 pha dạng đồng khuôn tập trung (1 lơp) của máy điện có tổng số rãnh Z = 12; 2p = 4 ( vẽ cho 1 pha, điền vị trí đầu cuối của 2 pha còn lại)?

BÀI GIẢI Bước 1: Để vẽ sơ đồ trải dây quấn, cần tính toán các thông số cơ bản của bộ dây quấn như sau:

Bước 2: Lập bảng phân bố

Bước 3: Cấu tạo dây quấn

Bước 4: vẽ SDTDQ (ký hiệu, kết nối 2p=4)

BÀI TẬP 2

Vẽ sơ đồ trải dây quấn 3 pha dạng đồng khuôn tập trung (1 lơp) của máy điện có tổng số rãnh Z = 36; 2p = 4 ( vẽ cho 1 pha, điền vị trí đầu cuối của 2 pha còn lại)? Tính hệ số dây quấn Kdq?

pha B và C

BÀI GIẢI Bước 1: Để vẽ sơ đồ trải dây quấn, cần tính toán các thông số cơ bản của bộ dây quấn như sau:

Bước cực:  =

p

Z = 4

Sơ đồ dây quấn ba pha, dạng đồng khuôn tập trung (Z = 36, 2p = 4).

Nghi chú: Các số thứ tự từ 1đến 6 là số chỉ số thứ tự của nhóm bối.

Đường ngăn cách giữa các bước cực.

Bước 3:

Bộ dây quấn có 2 nhóm bối / pha, 6 bối / pha, số rãnh một pha / bước cực = q

= 3

Để tạo ra 4 cực, bộ dây quấn đấu cực “giả”

Số mạch nhánh song song trong một pha bằng 1

BÀI TẬP 3

Vẽ sơ đồ trải dây quấn 3 pha dạng đồng tâm phân tán đơn giản của máy điện có tổng số rãnh Z = 36; 2p = 4

BÀI GIẢI Bước 1:

Để vẽ sơ đồ trải dây quấn, cần tính toán các thông số cơ bản của bộ dây quấn như sau:

Bước cực:  =

p

Z = 4

Xác định số nhóm bối phân tán trong pha A như sau:

Do q lẻ nên nhóm số bối dây trong mỗi nhóm là:

Nhóm đầu tiên:

Tương tự cho pha B và C Tổng số nhóm bối / pha = 4

Bước 3:

Vẽ các đoạn thẳng song song (36 rãnh), phân bố 4 bước cực  và vẽ 4 nhóm bối dây của pha A trên các rãnh 1, 2, 3, 10, 11, 12, 19, 20, 21, 28, 29, 30; chọn cách đấu dây cực thật thực hiện tương tự cho pha B và pha C hình thành sơ đồ khai triển như sau:

4 1

e f g h k l

Sơ đồ dây quấn 3 pha, dạng đồng tâm phân tán với Z = 36, 2p = 4.

Đường ngăn cách các bước cực

12

Số thứ tự trong vòng tròn chỉ số thứ tự bối dây

Đặc điểm bộ dây quấn:

Bộ dây quấn có 4 nhóm bối/pha (2 nhóm 2 bối và 2 nhóm 1 bối), 6 bối / pha, số rãnh một pha / bước cực là q = 3

Để tạo ra 4 cực, bộ dây quấn đấu cực “thật”

Số mạch nhánh song song trong một pha 2a = 1 biểu diễn như sơ đồ sau:

1/ Vẽ sơ đồ trải dây quấn 3 pha dạng dây quấn xếp 2 lớp của máy điện có tổng số rãnh Z = 24; 2p = 4 (vẽ cho 1 pha, điền vị trí đầu cuối 2 pha còn lại

2/ Tính hệ số dây quấn Kdq khi khi y =5(<τ) và khi y= τ?

3/ Chọn y để triệt tiêu sóng hài bậc 3?

BÀI GIẢI 1/ Thiết lập sdtdq theo trình tự sau:

Vẽ các đoạn thẳng song song tương ứng 24 rãnh, phân bố số bước cực

 và vẽ các bối dây của pha A theo bước dây quấn tổng hợp y = 5, chọn cách nối dây (đấu cực thật) để đảm bảo số cực 2p = 4 Thực hiện tương tự cho 2 pha B vàC Sau khi thực hiện xong, sơ đồ trải dây quấn trông như sau:

d e

f

g h

Đặc điểm bộ dây quấn:

Bộ dây quấn có 4 nhóm bối / pha, 8 bối / pha, số rãnh một pha / bước cực q =

2

Để tạo ra 4 cực, bộ dây quấn đấu cực “thật”

Số mạch nhánh song song trong một pha = 1

sin

)2.(

30 (

sin 2

) 2

30 2 (

 ).

2 sin q

2 q sin

2

30 2 sin

10 5 ,

5 3

= 12,29 (A)

Dây quấn đấu sao (Y) nên dòng điện Id = Ip = Iđm = 12,29(A)

Do mỗi pha có một mạch nhánh song song nên dòng điện Iđm = 12,29 (A) chính là dòng điện trên mỗi mạch nhánh song song I

Biên độ sức từ động đập mạch là:

Sức từ động của một pha biểu diễn dưới dạng phương trình sau:

Ff = F m sint cos

Ff = 413 sint cos (A.vòng)

Trong đó , là những giá trị thay đổi theo thời gian, không gian

BÀI TẬP ỨNG DỤNG

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

BÀI TẬP 1

Cho một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có Pđm = 10 kW,

Uđm = 220/380 V, dây quấn đấu /Y, tốc độ quay nđm = 960 vg/ph, số cực 2p = 6, tần số f = 50 Hz, hệ số công suất cos = 0,8; hiệu suất  = 0,85

1 Tính dòng điện định mức của động cơ

2 Tính tổng tổn hao công suất trong động cơ

BÀI GIẢI 1/ Dòng điện định mức thay đổi theo điện áp làm việc:

Với Uđm = 220 V

Iđm =

đm đm

đm

cos U 3

P



 = 0 , 85 3 220 0 , 8

10

đm

cos.U.3

P



 = 0 , 85 3 380 0 , 8

10

10 3

= 22,34 (A)

2/ Tổng tổn hao công suất trong động cơ:

đm đm

10

BÀI GIẢI Tốc độ góc của động cơ:

 = 1.(1 – s) =

p

f

2 (1 – s) =

2

50

60 (1 – 0,053) = 1420 (vg/ph) Công suất điện động cơ tiệu thụ:

P1 = 3 U1.I1 cos = 3 220.21 0,82 = 6561(W)

Công suất điện hữu ích:

= 3% Tìm tốc độ quay n của rotor động cơ

BÀI GIẢI Sức điện động cảm ứng dây quấn stato:

E1=4,44.f.kdq.w1.= 4,44.50.0,95.124.3,12.10-2 = 816 (V)

Khi rotor còn đứng yên thì động cơ giống như máy biến áp: dây quấn stato như sơ cấp và dây quấn rotor như thứ cấp của máy biến áp Sức điện động trong dây quấn rotor:

1 dq 1 1

k w

k w

E

=

1 dq 1

2 dq 2

1 w k

k

w

= 124 . 0 , 95

96 , 0 98

1 Tốc độ đồng bộ

2 Tốc độ từ trường quay do dòng điện rotor sinh ra so với tốc độ rotor

3 Tần số dòng điện ở rotor

4 Sức điện động của rotor khi tải định mức

BÀI GIẢI

a/ Vì hệ số trượt của động cơ rất bé s = 3%  6%

nên tốc độ từ trường quay n1 = 1500 vg/ph, tức là có hai đôi cực khi tần số là

p 2 =

60

80

Pđt = P2 + Pcơ + Pf + Pcu2 = 11900 + 180 + 60 + 480 = 12620 (W)

Mômen điện từ của động cơ:

Mđt =

1 đt

P

 =

60

n.2

60 = 1000 (vg/ph)

c/ Tốc độ quay n của động cơ:

Hệ số trượt: s =

đt

2 cu

P

P =

12620

480 = 0,038 Nên n = n1.(1 – s) = 1000(1 - 0,038) = 962 (vg/ph)

BÀI GIẢI Hệ số qui đổi sức điện động kE:

kE =

2 dq 2

1 dq 1

k.w

k.w

=

955,0.36

932,0

192 = 5,2 Hệ số qui đổi dòng điện kI:

kI =

2 dq 2 2

1 dq 1 1

k.w.m

k.w.m

=

955,0.36.3

932,0.192

3 = 5,2 Hệ số qui đổi của toàn mạch:

k = kE kI = 5,2 5,2 = 27,04

Điện trở rotor qui đổi về stato:

, 2

R = k.R2 = 27,04.0,02 = 0,54 ()

Điện kháng rotor qui đổi về stato:

, 2

X = k.X2 = 27,04.0,08 = 2,163 () Để mômen mở máy (n=0) đạt cực đại thì hệ số trượt( ứng với n=0):

sm =

1

, 2

, f

, 2

XX

RR



 =1 Từ đó suy ra giá trị điện trở mắc vào mạch stato:

, 2 1

P

)XX()RRR(

)163,224,2()86,354,046,0(

P

)XX()RR(

)163,224,2()54,046,0(

4 ,

Nhận xét : Khi dùng điện trở mở máy thì dòng điện mở máy giảm 1,46 lần so

với mở máy trực tiếp

BÀI TẬP 7

Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor long sóc có các số liệu ghi trên nhãn máy như sau: Pđm =14 kW, tốc độ định mức nđm = 1450 vg/ph, hiệu suất

định mức đm= 0,885, hệ số công suất định mức cosđm= 0,88; Y/- 380/220

V; tỷ số dòng điện mở máy Imm/Iđm = 5,5; mômen mở máy Mmm/Mđm = 1,3; mômen cực đại Mmax/Mđm = 2 Điện áp mạng điện U = 380 V Tính:

a/ Công suất tác dụng và phản kháng động cơ tiêu thụ ở chế độ định mức b/ Dòng điện, hệ số trượt và mômen định mức

c/ Dòng điện mở máy, mômen mở máy và mômen cực đại

BÀI GIẢI a/ Công suất tác dụng động cơ tiêu thụ:

1

đm

cos U 3

P



 = 0 , 885 3 380 0 , 88

10

BÀI TẬP ỨNG DỤNG

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

BÀI TẬP 1

Máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có Pđm = 30 MW, Uđm = 10,5 kV, cosđm= 0,8; số đôi cực p = 1 Hiệu suất định mức đm= 98,32 %; tần số nguồn

phát f = 50 Hz

1 Tính tốc độ quay rotor và dòng điện định mức

2 Tính công suất biểu kiến Sđm của máy, công suất phản kháng Qđm của máy

3 Tính công suất mà động cơ sơ cấp cung cấp cho máy phát và tổng các tổn hao?

BÀI GIẢI 1/ Tốc độ quay của rotor máy phát:

= 3000 (vg/ph)

Dòng điện định mức của máy phát:

Iđm =

đm đm

đm

cos U 3

Khi dòng điện tải I = 6 A, cos = 0,8 (chậm sau) thì điện áp Ud = 380 V

Thông số dây quấn stato như sau: điện trở rư  0, điện kháng tản xư = 0,2 

- Tính sức điện động pha máy phát khi không tải

- Tính điện kháng đồng bộ xđb và điện kháng phần ứng xư

BÀI GIẢI Máy phát cực ẩn với phương trình cân bằng:

o o

3

4 ,

398

= 230 (V)

Từ đồ thị vectơ suy ra giá trị điện áp trên điện kháng đồng bộ:

Với Ud = 380 V suy ra Uf = 220 V khi có tải

16

= 6

8 ,

; điện kháng đồng bộ xđb = 6 

a/ Một tải có U = 6600 V, cos = 0,8; tiêu thụ dòng điện bằng định mức.Tính dòng điện, công suất tác dụng và phản kháng của tải

b/ Nếu cắt tải và dòng điện kích từ vẫn giữ trị số như lúc có tải trên thì điện áp đầu cực máy phát bằng bao nhiêu ?



đb

o

x I j

S =

6600.3

10

o I

f

o U

f

o E

2

f.cos I ) ( Ix U sin )U

)6,0.38106

.2,131()45,0.2,1318,0.3810

Điện áp dây đầu cực khi cắt tải:

BÀI TẬP4

Động cơ điện đồng bộ ba pha có các số liệu ghi trong nhãn máy: Pđm = 1000 kw; Uđm = 6000 V; p = 2 ; cosđm = 0,99; nđm = 1500 vg/ph Tổng tổn hao công suất  P= 170 kW

1 Tính công suất điện mà động cơ tiêu thụ

2 Nếu mômen phụ tải bằng 25% mômen định mức thì công suất phản kháng tối đa động cơ có thể phát ra cho mạng điện là bao nhiêu ?

BÀI GIẢI 1/ Công suất điện mà động cơ tiêu thụ:

P1 =1000 + 170 = 1170 (kw) 2/ Mômen định mức của động cơ:

Mđm =

đm đm

P

 =

60

n.2

Pđm

 =

60

1500.2

10

Công suất phản kháng động cơ có thể phát ra cho mạng điện:

Với công suất biểu kiến tương ứng :

Hai máy phát điện làm việc song song cung cấp điện cho hai tải:

Tải 1: St1 = 5000 kVA; cos1 = 0,8

Tải 2: St2 = 3000 kVA; cos2 = 1

Máy phát thứ nhất phát ra P1 = 4000 kW; Q1 = 2500 kVAr Tính công suất máy phát thứ hai và hệ số công suất mỗi máy phát

BÀI GIẢI Công suất tác dụng của hai tải:

Pt = St1.cos1+ St2.cos2 = 5000.0,8 + 3000.1 = 7000 (kW)

Công suất phản kháng của hai tải:

Qt = St1.sin1+ St2.sin2 = 5000.0,6 + 3000.0 = 3000 (kVAr)

Công suất tác dụng của máy phát 2:

1

Q P

P

2500 4000

2

Q P

P

500 3000

3000

BÀI TẬP 6

Một máy phát điện đồng bộ cung cấp cho hộ tiêu thụ một công suất 2500 +

j3000 (kVA) với điện áp 6,3 kV

- Xác định tổng tổn hao trên đường dây và trong máy phát, biết rằng điện trở một pha của đường dây rd = 0,15 , của máy phát rư = 0,045 

- Nếu đặt thêm một máy bù đồng bộ với công suất bù là 30 – j3000 (kVA)

thì tổng tổn hao trên là bao nhiêu?

BÀI GIẢI Công suất của tải:

).

( 3910 3000

25002 2

2 2

kVA Q

, 6 3

64 , 0 3910

2500 S

, 6 3

2530 3

Tổng tổn hao khi có máy bù:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Máy điện 1,2 NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2003

2 Đặng Văn Thành, Bài giảng Máy điện 1,2, Đại học SPKT 2000-2011

3 Nguyễn Trọng Thắng, Máy điện, ĐHSPKT, 2004