Giảng viên ra đề (Ngày ra đề) Người phê duyệt (Ngày duyệt đề) (Chữ ký và Họ tên) (Chữ ký, Chức vụ và Họ tên) (phần phía trên cần che đi khi in sao đề thi) TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA – ĐHQG HCM KHOA ĐIỆN ĐIỆN[.]
Trang 1Giảng viên ra đề: (Ngày ra đề) Người phê duyệt: (Ngày duyệt đề)
(Chữ ký và Họ tên) (Chữ ký, Chức vụ và Họ tên)
(phần phía trên cần che đi khi in sao đề thi)
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
THI CUỐI KỲ Học kỳ/năm học 2 2019-2020
Ngày thi 23/7/2020
Môn học Cơ sở Kỹ thuật điện
Mã môn học EE2017 Thời lượng 100 phút Mã đề 1921
Ghi
chú:
- Được sử dụng tài liệu (4 trang A4 chép tay)
- Không cần nộp lại đề thi
Câu hỏi 1) (L.O.5.2): Động cơ không đồng bộ ba pha 10 hp, 380 V, 50 Hz, 4 cực, đấu Y; có các thông số mạch tương đương pha chính xác (hình T) qui đổi về phía stator như sau:
Ra = 0,73 Ω; Rr’ = 0,74 Ω; Xls = 0,94 Ω; Xlr’ = 0,94 Ω; Xm = 40,84 Ω; Rc = ∞
Động cơ đang được nối lên nguồn 380 V, 50 Hz và có tốc độ 1440 vòng/phút với tổn hao cơ tại tốc độ này là 120 W
a) Tính dòng điện tiêu thụ và hệ số công suất của động cơ (1,5 đ)
b) Tính hiệu suất của động cơ (1 đ)
c) Nếu động cơ được nối với nguồn 380 V, 50 Hz thông qua cáp điện có tổng trở pha 1,2 + j0,1 Ω, tính lại dòng điện tiêu thụ và hiệu suất của động cơ (vẫn chạy với tốc độ 1440 vòng/phút) Nhận xét? (1 đ)
Câu hỏi 2) (L.O.4.2): Động cơ một chiều 24 VDC kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (công suất nhỏ thường dùng trong các máy văn phòng) có điện trở mạch phần ứng là 4,847 Ω Khi động cơ chạy không tải, phần ứng tiêu thụ 0,16 A, và tốc độ khi đó là 4300 vòng/phút
Bỏ qua tổn hao sắt Xem tổn hao quay (do ma sát và quạt gió) là không đổi
a) Cho biết có thể điều khiển tốc độ động cơ bằng các phương pháp nào Giải thích ưu nhược điểm của các phương pháp này (1 đ)
b) Tính hiệu suất của động cơ tại tốc độ định mức n = 3600 vòng/phút và dòng phần ứng định mức là
Ia = 0,94 A (1 đ)
c) Cho biết cần điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ thành bao nhiêu, để có tốc độ 2400 vòng/phút, ở cùng mômen định mức như câu b) (1 đ)
Câu hỏi 3) (L.O.4.1 và L.O.1.2): Cho một máy điện đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 225 MVA, 15 kV, 50 Hz, nối Y, 2 cực, có điện kháng đồng bộ pha Xs = 2,22 Ω Biết tổn hao cơ là 1 MW, bỏ qua điện trở phần ứng Máy phát hòa lưới điện 15 kV, cung cấp cho lưới 150 MW với hệ số công suất 0,9 trễ:
a) Tính giá trị công suất phản kháng máy phát lên lưới? (0,5 đ)
b) Tính dòng điện phần ứng, sức điện động, góc tải (góc công suất), mômen cơ kéo máy phát? (1,5 đ) c) Tính công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới trong ngắn hạn? (0,5 đ)
d) Điều chỉnh dòng kích từ tăng 20%, máy vẫn phát 150 MW lên lưới Giả sử mạch từ còn tuyến tính Tính sức điện động, góc tải, và giá trị công suất phản kháng máy phát lên lưới? (1 đ)
- HẾT -
MSSV: Họ và tên SV: Trang 1/6
Trang 2Đáp án và hướng dẫn chấm:
Câu hỏi 1)
a) Dòng điện dây Id = 12,44 A (0,5 đ)
Hệ số công suất PF = 0,8792 trễ (0,5 đ)
Tính được nguồn Thevenin tương đương và dòng điện rôto sẽ được 0,5 đ
b) Hiệu suất = 6464,5/7197,7 = 89,81% (0,5 đ)
Tính được công suất ngõ ra sẽ được 0,5 đ
c) Dòng điện dây Id = 11,7 A (0,5 đ)
Hiệu suất động cơ = 5708,6/6371,4 = 89,60% (0,5 đ) hoặc
Hiệu suất hệ thống = 5708,6/6864,4 = 83,16%
Chấp nhận cả hai cách tính hiệu suất (riêng của động cơ hoặc cho cả hệ thống)
Nhận xét: Dòng điện tiêu thụ giảm do điện áp pha đặt vào động cơ giảm (từ 219,4 V xuống
213,7 V, vì sụt áp rơi trên cáp điện)
Nếu nhận xét hợp lý thì có thể dùng để nâng điểm khi không đạt điểm tối đa trong phần c)
Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra (cho tất cả các mục a), b), và c) của câu hỏi): Cách làm đúng với các công thức được sử dụng chính xác là đạt chuẩn đầu ra, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra
Code Octave cho câu hỏi 1:
clc
% Mon CSKTD, Thi HK192, cau KDB
p = 2 % Pair of poles
V_line = 380 %V
Va=V_line/sqrt(3) % Noi Y
f = 50 %Hz
n = 1440 % RPM
Ra = 0.73 %Ohm
Rr = 0.74
Xls = 0.94
Xlr = 0.94
Xm = 40.84
Prot=120
% a) Is_rms, PF, Te, Eff
ns=60*f/p
ws = 2*pi*f/p
%s
s=(ns-n)/ns
% Is_rms, PF
Zs = Ra + j*Xls
Zr = Rr/s + j*Xlr
Zm = j*Xm
Zth = Zm*Zs/(Zm + Zs)
Trang 3Vth = Va*Zth/Zs
Ir = Vth / (Zth+Zr)
Ia = (Va - Ir*Zr)/Zs
Ia_rms = abs(Ia)
PF = cos(angle(Ia))
% Pm
Ir_rms = abs(Ir)
Pm = 3*Rr*Ir_rms^2*(1-s)/s
% Eff
Pin = 3 * Va * Ia_rms * PF
Pout = Pm - Prot
Eff = Pout/Pin
Zfeeder = 1.2 + i*0.1
Vf=V_line/sqrt(3)
Zthf = Zm*(Zs+Zfeeder)/(Zm + Zs + Zfeeder)
Vthf = Vf*Zthf/(Zs+Zfeeder)
abs(Vthf)
Irc = Vthf / (Zthf+Zr)
Iac = (Vf - Irc*Zr)/(Zs+Zfeeder)
Iac_rms = abs(Iac)
Vac = Vf - Iac*Zfeeder
abs(Vac)
PFc = cos(angle(Vac)-angle(Iac))
% Pm
Irc_rms = abs(Irc)
Pmc = 3*Rr*Irc_rms^2*(1-s)/s
% Eff
Pinc = 3 * abs(Vac) * Iac_rms * PFc
Poutc = Pmc - Prot
Effc = Poutc/Pinc
% Eff he thong
Pinc = 3*real(Vf*conj(Iac))
Effc = Poutc/Pinc
Câu hỏi 2)
a) Động cơ DC kích từ bằng nam châm vĩnh cửu là một dạng động cơ kích từ độc lập, với một khác biệt là không thể điều chỉnh kích từ (vì từ trường do nam châm tạo ra sẵn, không có dây quấn kích từ)
Do đó, có thể dùng hai phương pháp sau để điều khiển (trình bày đúng và đủ ở mỗi phương pháp
sẽ được 0,5 đ):
* Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng Ra: thêm điện trở vào mạch phần ứng để giảm tốc độ động
cơ
Ưu điểm: phương pháp đơn giản, dễ thực hiện
Nhược điểm: hiệu suất càng giảm khi tốc độ càng thấp
* Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng Va: giảm điện áp đặt vào mạch phần ứng để giảm tốc độ động cơ
Ưu điểm: hiệu suất gần như không thay đổi khi điều chỉnh tốc độ
Trang 4Nhược điểm: cần sử dụng một nguồn điện DC có thể thay đổi được điện áp ngõ ra
Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra cho mục a): Trình bày đúng từ 2 trong 4 yếu tố trở lên (cách làm, ảnh hưởng lên tốc độ, ưu điểm và nhược điểm) là đạt chuẩn đầu ra, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra
b) Tổn hao quay (do ma sát và quạt gió) (chính là công suất động cơ khi chạy không tải)
0 0 3 , 716 W
0
rot E I V R I I
Công suất cơ ở đầu ra trục động cơ khi mang tải (vì bỏ qua tổn hao lõi thép)
14 , 56 W
out P P V R I I P
P
Công suất tiêu thụ từ nguồn điện:
W 56 , 22
a a
in V I
P
Hiệu suất:
% 100 % 64 , 54 %
in
out
P
P
Làm đúng ở mỗi bước được 0,25 đ
c) Điện áp cảm ứng ở tốc độ 2400 vòng/phút (0,5 đ):
V 96 , 12 3600
2400
3600
E
Ở mômen định mức như ở câu b), sẽ cần dòng điện phần ứng bằng với giá trị ở câu b), vì kích từ không thay đổi Điện áp cần đặt vào phần ứng (0,5 đ):
V 52 , 17
2400
2400 E R a I a
V
Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra cho các mục b) và c): Cách làm đúng với các công thức được sử dụng chính xác là đạt chuẩn đầu ra, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra
Code Octave cho câu hỏi 2)
V = 24
Ia = 0.94
n = 3600
Ia0 = 0.16
n0 = 4300
Ra = 4.847
## b)
P1 = V*Ia
E = V - Ra*Ia
Pm = E*Ia
E0 = V - Ra*Ia0
Prot = E0*Ia0
P2 = Pm - Prot
eta = P2*100/P1
Trang 5## c)
n2 = 2400
E2 = n2/n*E
V2 = E2 + Ra*Ia
Câu hỏi 3)
a) Công suất phản kháng máy phát lên lưới (0,5 đ):
Qa = 72,65 MVAr
b) Dòng điện phần ứng (0,5 đ)
Ib = 6415 A
Sức điện động pha của máy phát:
Eb = 19630 V
Góc tải (góc công suất) tương ứng:
b = 40,76
Tính đúng sức điện động và góc tải được 0,5 đ
Mômen cơ kéo máy phát (0,5 đ)
Tb = 480648 N.m
c) Công suất tác dụng cực đại máy phát có thể cung cấp (0,5 đ)
Pmax = 229,7 MW
d) Sức điện động pha của máy phát khi tăng kích từ 20%
Ed = 23556 V
Góc tải (góc công suất) tương ứng:
d = 32,96
Tính đúng sức điện động và góc tải được 0,5 đ
Công suất phản kháng mà máy phát lên lưới lúc này (0,5 đ):
Qa = 129,9 MVAr
Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra (cho tất cả các mục từ a) đến d) của câu hỏi): Cách làm đúng với các công thức được sử dụng chính xác là đạt chuẩn đầu ra, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra
Code Octave cho câu hỏi 3:
% Cau3_De thi_CSKTD_HK192_CQ
clc
Trang 6clear all
Sdm = 225000000;
f = 50; % Hz
p = 1; % 2 pole
Xs = 2.22;
Pth = 1e6; %1.0 MW
Vd = 15000; % V
Vf = Vd/sqrt(3);
Pa = 150000000; %150MW
cosphi = 0.9; % tre
Idm = Sdm/3/Vf
Sa = Pa/cosphi
phi = acos(cosphi)
sinphi = sin(phi) % "tre" nen sinphi > 0
Qa = Sa*sinphi
Ib = Sa/3/Vf % gan dinh muc, dung Xs
Eb_j = Vf + j*Xs*Ib*exp(-j*phi)
Eb = abs(Eb_j)
deltab = angle(Eb_j)
deltab_deg = deltab/pi*180
w = 2*pi*f/p
Tb = (Pa+Pth)/w
Pcmax = 3*Vf*Eb/Xs
% Dong kich tu ty le voi E
Pd = Pa
Ed = Eb * 1.2 % tang 20%
deltad = asin(Pa*Xs/(3*Vf*Ed))
deltad_deg = deltad/pi*180
Id = (Ed*exp(j*deltad)-Vf)/(j*Xs)
Sd = 3*Vf*conj(Id)
Qd = imag(Sd)