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

1 Biên soạn: Đặng Văn Thành BÀI TẬP ỨNG DỤNG LÝ LUẬN CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 2 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 vò 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 cực:  = p2 Z = 4 12 = 3 (rãnh). Số rãnh một pha / một bước cực: q = m  = 3 3 = 1 (rãnh). α = P360/z = 2.360/12 =60 0 , chon y = τ =3( ranh) 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 vò 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:  = p2 Z = 4 36 = 9 (rãnh). Số rãnh một pha / một bước cực: q = m  = 3 9 = 3 (rãnh). Bước 2: Vẽ các đoạn thẳng song song (36 rãnh), phân bố 4 bước cực  và vẽ các bối dây của pha A trên các rãnh 1, 2, 3, 10, 11, 12, 19, 20, 21, 28, 29, 30, chọn cách nối dây cực giả để đảm bảo số cực 2p, tương tự cho 2 pha B và C để hình thành sơ đồ khai triển như sau: 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4     5 6 7 8 9 30 1 2 3 4 65 A Z B C YX 1 2 3 4 5 6 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. 1 4 A X 3 5 B Y 4 6 C Z Pha A Pha B Pha C Qui ước bên trái của bối dây là đầu đầu và bên phải của bối dây là đầu cuối. 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:  = p2 Z = 4 36 = 9 (rãnh). Số rãnh một pha / một bước cực: q = m  = 3 9 = 3 (rãnh). Bước 2: Xác đònh 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: 2 1q  = 2 13  = 2 (bối). Nhóm còn lại: 2 1q  = 2 13 = 1 (bối). 4 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 1 2 3 4 65 A Z B C X Y     a b c d e f g h k l a b c d 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 2 3 5 6 10 8 9 11 7 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: Pha A Pha B Pha C 1 4 A X 7 10 2 5 B Y 8 11 3 6 C Z 9 12 Qui ước bên trái của bối dây là đầu đầu và bên phải của bối dây là đầu cuối. BÀI TẬP 4 5 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 vò 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: Bước 1: Các thông số của bộ dây quấn xếp 2 lớp: Bước cực:  = p2 Z = 4 24 = 6 (rãnh). Số rãnh một pha / một bước cực: q = mp.m.2 Z   = 3 6 = 2 (rãnh). Góc lệch về điện giữa hai rãnh kế tiếp nhau:   o đ 180 = 6 180 o = o 30 Bước 2: Bước 3: 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: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 1 2 3 4     a b c d e f g h k a b c d e f g h k A Z B C YX Dây quấn 3 pha dạng xếp 2 lớp với Z = 24, 2p = 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đường ký hiệu thanh dẫn của bối dây lớp dưới Đường ký hiệu thanh dẫn của bối dây lớp trên Ghi chú các vòng tròn biểu thò số thứ tự các bối dây Đặc điểm bộ dây quấn: 6 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. Pha A Pha B Pha C 1 4 A X 7 10 2 5 B Y 8 11 3 6 C Z 9 12 Qui ước bên trái của bối dây là đầu đầu và bên phải của bối dây là đầu cuối. 2/ Tính Kdq: Khi y= τ = 6. Kdq ≈ 0,966; khi y=5, Kdq ≈ 0,933 3/ Chọn y/ τ =2/3, từ đó y= 4; e 3 =0 BÀI TẬP 5 Tính hệ số dây quấn của bộ dây quấn 1 lớp, bước đủ, cho stato động cơ 3 pha có Z = 24 rãnh, số cực 2p = 4, m= 3. BÀI GIẢI Các thông số cần thiết của bộ dây quấn 1 lớp: Bước cực:  = p Z 2 = 4 24 = 6 (rãnh). Số rãnh một pha / một bước cực: q = mp.m.2 Z   = 3 6 = 2 (rãnh). Góc lệch về điện giữa hai rãnh kế tiếp nhau:   o đ 180 = 6 180 o = o 30 Nên hệ số dây quấn ï: k dq = 1. ) 2 .(sin. ) 2 .(sin   q q = ) 2 30 .(sin.2 ) 2 30 .2.(sin o o = 0,9 BÀI TẬP 6 Tính sức từ động cơ bản của một pha dây quấn trong động cơ 3 pha. Biết dây quấn xếp 2 lớp có Z = 24, 2p = 4, bước dây quấn y = 5, số vòng dây mỗi phần tử W s = 10 vòng. Động cơ có công suất P = 5,5 kW với U đm = 380 V đấu Y, cos đm  = 0,8; đm  = 0,85. Mỗi pha có một mạch nhánh song song. BÀI GIẢI Các thông số của bộ dây quấn xếp 2 lớp: 7 Bước cực:  = p2 Z = 4 24 = 6 (rãnh). q = 3  = 3 6 = 2 (rãnh). Góc lệch pha về điện:   o đ 180 =  6 180 o o 30 Hệ số dây quấn: k dq = k n .k r = sin( 2 .   ). 2 sin.q 2 .qsin đ đ   = sin( 2 . 6 5  ). 2 30 sin.2 2 30 .2sin o o = 0,933 (với hệ số  =  y = 6 5 ). Tổng số vòng dây trong một mạch nhánh song song. W = W s .2p.q = 10.4.2 = 80 (vòng). Dòng điện dây đònh mức trong một pha: I đm = .cos.U.3 P đm đm = 85,0.8,0.380.3 10.5,5 3 = 12,29 (A). Dây quấn đấu sao (Y) nên dòng điện I d = I p = I đm = 12,29(A). Do mỗi pha có một mạch nhánh song song nên dòng điện I đm = 12,29 (A) chính là dòng điện trên mỗi mạch nhánh song song I. Biên độ sức từ động đập mạch là: F m = I p k W dq 9,0 = 29,12. 2 933,0 .80.9,0 = 413 (A.vòng). Sức từ động của một pha biểu diễn dưới dạng phương trình sau: F f =  cos.sin. tF m F f =  cos.sin.413 t (A.vòng). Trong đó  ,  là những giá trò thay đổi theo thời gian, không gian. 8 BÀI TẬP ỨNG DỤNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 9 BÀI TẬP 1 Cho một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có P đm = 10 kW, U đm = 220/380 V, dây quấn đấu  /Y, tốc độ quay n đm = 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 đònh mức của động cơ. 2. Tính tổng tổn hao công suất trong động cơ. BÀI GIẢI 1/ Dòng điện đònh mức thay đổi theo điện áp làm việc: Với U đm = 220 V. I đm = đmđm đm cos.U.3. P  = 8,0.220.3.85,0 10.10 3 = 38,59 (A). Với U đm = 380 V. I đm = đmđm đm cos.U.3. P  = 8,0.380.3.85,0 10.10 3 = 22,34 (A). 2/ Tổng tổn hao công suất trong động cơ: đm đm đm P P P    = 85,0 10.10 3 - 10.10 3 = 1764,7 (W). BÀI TẬP 2 Cho một động cơ điện không đồng bộ 3 pha dây quấn stato nối hình tam giác, điện áp lưới 220 V, f = 50 Hz. Số liệu động cơ: p = 2 đôi cực, I 1 = 21 A, cos 1  = 0,82;  = 0,837; s = 0,053. Tính tốc độ động cơ, công suất điện động cơ tiệu thụ P 1 , tổng các tổn hao, công suất hữu ích của động cơ P 2 BÀI GIẢI Tốc độ góc của động cơ:  = 1  . (1 – s) = p f.2 .(1 – s) = 2 50.2 .(1 – 0,053) = 148,68 (rad/s). Tốc độ quay của động cơ: n = p f.60 .(1 – s) = 2 50.60 .(1 – 0,053) = 1420 (vg/ph). Công suất điện động cơ tiệu thụ: P 1 = 3 . U 1 .I 1 . cos  = 3 . 220.21. 0,82 = 6561 (W). Công suất điện hữu ích: 10 P 2 = P 1 . 1  = 6561.0,837 = 5491 (W). Tổng các tổn hao công suất:  P = P 1 - P 2 = 6561 – 5491 = 1070 (W). BÀI TẬP 3 Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn có số đôi cực từ của stato p = 3, tần số lưới điện f = 50 Hz. Từ thông chính trong từ trường động cơ là  = 3,12.10 -2 Wb, số vòng dây stato w 1 = 124 vòng và rotor w 2 = 98 vòng, hệ số dây quấn stato k dq1 = 0,95 và rotor k dq2 = 0,96. Hãy xác đònh sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato và rotor khi rotor đứng yên và khi rotor quay với hệ số trượt s = 3%. Tìm tốc độ quay n của rotor động cơ. BÀI GIẢI Sức điện động cảm ứng dây quấn stato: E 1 =4,44.f.k dq .w 1 .  = 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: E 20 = E 1 k E = 2dq2 1dq1 1 k.w k.w E = 1dq1 2dq2 1 k.w k.w .E = 95,0.124 96,0.98 .816 = 652 (V). Sức điện động trong dây quấn rotor khi quay với hệ số trượt s = 3%: E 2s = s. E 20 = 0,03.652 = 20 (V). Tốc độ quay của động cơ là: n = n 1 .(1 – s) = p f.60 .(1 – s) = 3 50.60 .(1 – 0,03) = 970 (vg/ph). BÀI TẬP 4 Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn khi để rotor hở mạch và cho điện áp đònh mức vào stato thì điện áp trên vành trượt là 250 V. Khi động cơ làm việc với tải đònh mức thì tốc độ n = 1420 vg/ph. Tính: 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 đònh mức. BÀI GIẢI [...]... (A) Dòng điện rotor khi mở máy (do rotor đấu sao): I2 = kI.Immp = 5,2.33,54 = 174 (A) Dòng điện mở máy trực tiếp là: Imm = 3 = 3 UP , , (R 1  R 2 ) 2  ( X1  X 2 ) 2 220 (0,46  0,54) 2  (2,24  2,163) 2 = 84,4 (A) Tỷ số dòng điện hai phương pháp mở máy: 84,4  1,46 58 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... mở máy: Mmm = 1,3.Mđm = 1,3 92,2 = 119,8 (Nm) (Nm) Mômen cực đại: Mmax = 2.Mđm = 2 92,2 = 184,4 (Nm) Dòng điện mở máy: Imm = 5,5 I1đm = 5,5 27,31 = 150,2 (A) 13 BÀI TẬP ỨNG DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 14 BÀI TẬP 1 Máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có Pđm = 30 MW, m = 10,5 kV, cos  đm = 0,8; số đôi cực p = 1 Hiệu suất đònh mức đm = 98,32 %; tần số nguồn phát f = 50 Hz 1 Tính tốc độ quay rotor và dòng điện. .. - 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: 15 o o o U f  Eof  I (rư + jx đb) = Eof  o jIx đb (vì rư =0) Từ đó vẽ đồ thò vectơ dòng điện và điện áp với rư = 0: o E of  o U f o I o o Do dòng điện I chậm pha so với điện áp U f một góc  o E of : sức điện động pha không tải, vì máy phát nối... đấu sao, điện trở dây quấn stato r = 0,45  ; điện kháng đồng bộ xđb = 6  a/ Một tải có U = 6600 V, cos  = 0,8; tiêu thụ dòng điện bằng đònh mức.Tính dòng điện, công suất tác dụng và phản kháng của tải 16 b/ Nếu cắt tải và dòng điện kích từ vẫn giữ trò số như lúc có tải trên thì điện áp đầu cực máy phát bằng bao nhiêu ? o Ef o j I x đb o  Uf o I rư o I BÀI GIẢI a/ Dòng điện đònh mức của máy phát:... mạng điện: Với công suất biểu kiến tương ứng : Sđm = Q1 = P1 420 = = 424 cos  0,99 2 (kVA) 2 Sđm  P1 = 424 2  420 2 = 58,1 (kVAr) BÀI TẬP 5 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... ra giá trò điện áp trên điện kháng đồng bộ: Với Ud = 380 V suy ra Uf = 220 V khi có tải 2 E of  (U f cos ) 2 = 0,8 suy ra sin  = 0,6 I.xđb = Từ cos  Do đó: I.xđb = 230 2  (220.0,8) 2 - Uf.sin  - 220.0,6 = 16,8 (v) Điện kháng đồng bộ khi dòng điện I = 6 A là: xđb = 16,8 I = 16,8 6 = 2,68 (  ) Điện kháng phần ứng là: xư = xđb - x ư = 2,68 – 0,2 = 2,48 (  ) BÀI TẬP3 Một máy phát điện đồng bộ... suất cung cấp cho trục máy phát bởi động cơ sơ cấp là: Pđm 30 P1 =  đm = 98,32 100 = 30,51 (MW) 4/Tổng tổn hao: P  P1  Pđm = 30,51 – 30 = 0,51 (MW) BÀI TẬP 2 Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, dây quấn stato nối sao, điện áp dây không tải Uo = 398,4 V 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... (vg/ph) BÀI TẬP 6 Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn, R1 = 0,46  , X1 = 2,24  , R2 = 0,02  , X2 = 0,08  , kdq1 = 0,932, kdq2 = 0,955, w1 = 192 vòng, w2 = 36 vòng Dây quấn stato đấu tam giác, mạng điện U = 220 V, f = 50 Hz, số pha m 1 = m2 = 3 Tính hệ số qui đổi s.đ.đ kE, hệ số qui đổi dòng điện kI, điện trở mở máy mắc vào mạch mở máy để mômen mở máy cực đại Tính dòng điện trong... 2500 2 = 0,848 Hệ số công suất máy phát 2: cos  2 = P2 2 P2  Q 2 2 = 3000 3000 2  500 2 = 0,986 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 đònh 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... khi có biến trở mở máy và khi mở máy trực tiếp 11 BÀI GIẢI Hệ số qui đổi sức điện động kE: kE = w1 k dq1 192.0,932 = 5,2 36.0,955 = w 2 k dq2 Hệ số qui đổi dòng điện kI: kI = m 1 w1 k dq1 m 2 w 2 k dq2 = 3.192.0,932 = 5,2 3.36.0,955 Hệ số qui đổi của toàn mạch: k = kE kI = 5,2 5,2 = 27,04 Điện trở rotor qui đổi về stato: , R 2 = k.R2 = 27,04.0,02 = 0,54 (  ) Điện kháng rotor qui đổi về stato: , X 2 . BÀI TẬP ỨNG DỤNG LÝ LUẬN CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 2 BÀI TẬP 1 Vẽ sơ đồ trải dây quấn 3 pha dạng đồng khuôn tập trung (1 lơp) của máy điện có. Tỷ số dòng điện hai phương pháp mở máy: 46,1 58 4,84  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. 150,2 (A). 14 BÀI TẬP ỨNG DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 15 BÀI TẬP 1 Máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn có P đm = 30