Đề thi cơ sở kỹ thuật điện có đáp án cuối kì BK TPHCM

Mẫu 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐỀ THI HỌC KỲ II/2018 – 2019
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Môn thi: Cơ sở Kỹ thuật điện - EE2017
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN
Ngày thi: (06/06/2019) – Thời lượng: 120 phút
Đề thi số: 1822………….
LƯU Ý:
-

Sinh viên được phép sử dụng tài liệu chép tay (tối đa 4 trang A4, khơng có ví
dụ và bài tập).
Đề thi gồm 4 câu.

Câu 1 (2 điểm) Cho cáp điện bằng đồng có tiết diện trịn 300 mm2, rất dài, đặt trong
khơng khí. Dịng điện chạy qua cáp là 600 A. Biết nhiệt độ môi trường là 40 °C, hệ số
toả nhiệt của cáp KT=10 W/(°C.m2), điện trở suất ở nhiệt độ 20 °C: 0,01786 Ωmm2/m,
hệ số nhiệt điện trở α = 0,00393.
a) (L.O.8.1) Xác định nhiệt độ ổn định của thanh dẫn nếu cáp trên khơng có lớp
cách điện bọc bên ngoài. (1 đ)
b) (L.O.8.1) Trong trường hợp bọc thêm lớp cách điện dày δ = 4 mm (hình 1), có
hệ số dẫn nhiệt = 0,25 W/°C.m. Kết quả tính toán trong câu a) thay đổi như thế

nào? Nhận xét. (1 đ)
δ
d

Đồng

θ1
θ0

θ2

dài
rất

Hình 1.
Câu 2 (2,5 điểm) Động cơ một chiều kích từ song song có các dữ liệu định mức như
sau: 500 V, 50 hp, 800 vòng/phút, và hiệu suất định mức 90 %. Máy có điện trở mạch
kích từ 250 Ω, và điện trở mạch phần ứng 0,2 Ω. Cho mạch từ chưa bão hịa, tính:
a) (L.O.5.2) Dịng điện phần ứng định mức. (1 đ)
b) (L.O.5.2) Giá trị điện trở phụ thêm vào mạch kích từ để động cơ quay với tốc
độ 1000 vòng/phút tại dòng phần ứng định mức. (1 đ)
c) (L.O.4.1) Công suất và mômen đầu trục tại trường hợp câu b), cho biết tổn hao
quay thay đổi tỷ lệ với bình phương tốc độ. (0,5 đ)


Câu 3 (3 điểm) Cho động cơ không đồng bộ ba pha, bốn cực, nối Y, 380 V, 50 Hz,
1450 vịng/phút. Thơng số mạch tương đương (gần đúng) một pha của động cơ quy về
stator như sau: Ra = 0,09 Ω, Xls = 0,17 Ω; R’r = 0,09 Ω, X’lr = 0,17 Ω; Xm = 10 Ω song
song Rc = 200 Ω (sử dụng mạch thay thế gần đúng). Tổn hao cơ (quay) là 1 kW. Động
cơ được cấp nguồn ba pha 380 V, 50 Hz:

a) (L.O.4.1) Ở định mức: tính dịng điện tiêu thụ, hệ số cơng suất, mơmen điện từ,
và hiệu suất của động cơ? (1 đ)
b) (L.O.4.1) Khi động cơ chạy ở tốc độ 1488 vịng/phút, tính lại câu a), và so sánh
với kết quả câu a), cho nhận xét? (1 đ)
c) (L.O.4.1) Tính mơmen khởi động và mômen cực đại của động cơ? So sánh với
kết quả ở định mức và cho nhận xét? (1 đ)

Câu 4 (2,5 điểm) Cho máy phát đồng bộ (MPĐB) ba pha: S = 10 kVA, 4 cực; đấu Y;
V= 380 V; tần số f = 50 Hz; điện kháng đồng bộ Xs = 1,2 Ω/pha. Máy được kéo bởi
động cơ sơ cấp diesel để phát điện lên lưới; lưới có công suất vô cùng lớn (điện áp và
tần số không đổi) 380 V và 50 Hz. Trong suốt quá trình vận hành công suất biểu kiến
giữa máy phát đồng bộ và lưới điện luôn được giữ bằng định mức và máy phải phát
công suất phản kháng lên lưới; bỏ qua tổn hao mạch kích từ.
- Do yêu cầu từ lưới điện, máy phát đồng bộ phải phát công suất phản kháng lên lưới
là 6 kVAr.
a) (L.O.5.2) Tính sức điện động pha và góc cơng suất của máy phát. (1 đ)
b) (L.O.4.1) Tổn hao cơ (ma sát+quạt gió) trên trục động cơ sơ cấp và máy phát là
không đổi và bằng 2 kW. Tính mơmen cơ mà động cơ sơ cấp phải cấp cho hệ
thống. (0,5 đ)
- Do hết nhiên liệu nên động cơ sơ cấp ngừng hoạt động, tuy nhiên máy đồng bộ chưa
được cắt ra khỏi hệ thống.
c) (L.O.5.2) Dịng kích từ của máy phát phải được điều chỉnh như thế nào (tăng
hay giảm bao nhiêu phần trăm) để hệ vẫn trao đổi 10 kVA với lưới? (1 đ)

(Cán bộ coi thi khơng giải thích gì thêm)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

GIÁO VIÊN RA ĐỀ

Đáp án và hướng dẫn chấm:
Câu 1 (2 điểm):
a) Xác định nhiệt độ ổn định của thanh dẫn khi không có cách điện bên ngồi (1 điểm)
Tổn hao cơng suất trên 1 m thanh dẫn
Phương trình cân bằng nhiệt

φT = P = R(θ ) I 2 = 19,75 + 0,08424θ

θ − 40 =

φT
kT S

→ θ = 83,64 oC

b) Trong trường hợp lớp cách điện bọc ngoài dày 4 mm (1 điểm)
φT

RT2

RT1

θ1

RT2 =

RT1 =

θ2

1
2πλ

ln

θ0

d + 2δ
= 0, 21850 C / W
d

1
= 1,1560 C / W
kT S

θ1 = φT ( RT + RT ) + θ 0 = 76 oC
2

1

θ 2 = φT . RT + θ 0 = 70, 23 oC
1

Kết quả tính tốn khơng sai khác nhiều so với câu 1 (sai số 10%) do diện tích tỏa nhiệt
ra mơi trường chung quanh tăng lên bù cho độ chênh nhiệt rơi trên lớp cách điện.
Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra: Nếu sinh viên viết đúng biểu thức và tính
đúng thì đạt chuẩn đầu ra tương ứng, ngược lại sẽ khơng đạt chuẩn đầu ra. Với
câu b) thì phần nhận xét phải trình bày được đa số các yếu tố chính mới đạt
chuẩn đầu ra.

Câu 2 (2,5 điểm)
Đáp số:
a) Dịng điện phần ứng định mức Iađm = 80,89 A (1 điểm)
b) Điện trở phụ thêm vào mạch phần ứng R = 62,5 ohm (1 điểm)
c) Công suất đầu trục Pshaft = 36,27 kW = 48,62 hp (0,25 điểm)
Mômen đầu trục Tshaft = 346,3 N.m (0,25 điểm)


Code Octave cho câu 2:
Va = 500;
Pshaft = 50*746
nr = 800; eff = 0.9; Rf = 250; Ra = 0.2;
Pin = Pshaft/eff
I = Pin/Va
If = Va/Rf
Ia = I - If
Ea = Va - Ia*Ra
Pm = Ea*Ia
Prot = Pm - Pshaft
wr = (2*pi*nr)/60;
G = Ea/(If*wr)
Tshaft = Pshaft/wr

w1 = (2*pi*n1)/60;
If1 = Ea/(G*w1)
R = Va/If1 - Rf
Prot1 = Prot*(1000/800)^2
Pshaft1 = Pm - Prot1
Pshaft1_hp = Pshaft1/746
Tshaft1 = Pshaft1/w1

Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra: Nếu sinh viên viết đúng biểu thức và tính
đúng thì đạt chuẩn đầu ra tương ứng, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra.

Câu 3 (3 điểm)
Đáp số:
a)
a)
a)
a)
a)

s = 0,033333
Is = 84,616307 [A]
PF = 0,928684 (trễ)
Te = 314,195877 [N.m]
Eff = 90,309040 %

b)
b)
b)
b)
b)

s_b = 0,008000
Is_b = 30,402920 [A] => 0,359303 (1/3) dong dien dinh muc
PF_b = 0,671857, => giam nhieu so voi 0,928684
Te_b = 80,349559 [N.m] => 0,255731 (1/4) moment dinh muc
Eff_b = 83,311232 %, => giam nhieu so voi 90,309040 %

c) Te_st = 559,020984 [N.m] => 1,779212 lan moment dinh muc
c) Te_max = 1040,590802 [N.m] => 3,311917 lan moment dinh muc
Code Octave cho câu 3:
clc

% truong
n1
= 1000;
hop toc do 1000 rpm va Ia dinh muc


clear all
% Mon CSKTD, Thi HK182, cau KDB
p = 2
% Pair of poles
V_line = 380
%V
Vf=V_line/sqrt(3) % Noi Y
f = 50
%Hz
n = 1450 % RPM
Ra = 0.09
%Ohm
Xls = 0.17
Rr = 0.09
Xlr = 0.17
Xm = 10
Rc = 200
Pthco=1000
disp('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++Cau a)')

% a) Is_rms, PF, Te, Eff
ns=60*f/p
ws = 2*pi*f/p
%s
s=(ns-n)/ns
% Is_rms,
Zs = Ra +
Zr = Rr/s
Ir = Vf /
Ic = Vf /
Im = Vf /
Is = Ic +

PF
j*Xls
+ j*Xlr
(Zs+Zr)
Rc
(j*Xm)
Im + Ir

Is_rms = abs(Is)
PF = cos(angle(Is))
% Pe, Te
Ir_rms = abs(Ir)
Pe = 3* Rr/s *Ir_rms^2
Te = Pe / ws
% Eff
Pin = 3 * Vf * Is_rms * PF
Pc = (1-s)*Pe

Pout = Pc - Pthco
Eff = Pout/Pin
% b) Is_rms, PF, Te, Eff
disp('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++Cau b)')
nb = 1488
sb=(ns-nb)/ns
Zrb = Rr/sb + j*Xlr
Irb = Vf / (Zs+Zrb)
Isb = Ic + Im + Irb
Isb_rms = abs(Isb)
PFb = cos(angle(Isb))
% Pe, Te
Irb_rms = abs(Irb)
Peb = 3* Rr/sb *Irb_rms^2
Teb = Peb / ws
% Eff
Pinb = 3 * Vf * Isb_rms * PFb


Pcb = (1-s)*Peb
Poutb = Pcb - Pthco
Effb = Poutb/Pinb
% c) Te_st, Te_max
disp('+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++Cau c)')
Te_st = 3*Vf^2*Rr/ws/((Ra+Rr)^2 + (Xls+Xlr)^2)
Te_max = 3/2*Vf^2/ws/(Ra + sqrt(Ra^2 + (Xls+Xlr)^2))

disp('Ket qua _________________________________________________________')
TEXT = sprintf('a) s = %f', s); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Is = %f [A]', Is_rms); disp(TEXT)

TEXT = sprintf('a) PF = %f', PF); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Te = %f [Nm]', Te); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) Eff = %f %%', Eff*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('.'); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) s_b = %f', sb); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Is_b = %f [A] => %f (1/3) dong dien dinh muc', Isb_rms,
Isb_rms/Is_rms); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) PF_b = %f, => giam nhieu so voi %f', PFb, PF);
disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Te_b = %f [Nm] => %f (1/4) moment dinh muc', Teb,
Teb/Te); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) Eff_b = %f %%, => giam nhieu so voi %f %%', Effb*100,
Eff*100); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('.'); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Te_st = %f [Nm] => %f lan moment dinh muc', Te_st,
Te_st/Te); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Te_max = %f [Nm] => %f lan moment dinh muc', Te_max,
Te_max/Te); disp(TEXT)

Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra: Nếu sinh viên viết đúng biểu thức và tính
đúng thì đạt chuẩn đầu ra tương ứng, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra. Với
câu b) và c) thì phần nhận xét phải trình bày được đa số các yếu tố chính mới đạt
chuẩn đầu ra.

Câu 4 (2,5 điểm)
Đáp số:
a) Ea = 230,7937 V; theta = 3,6234 độ
b) M = 63,6667 (N.m)
c) E = 237,2849 V→ Iktsau/Ikttruoc=E/Ea= 1,0281 (tăng 2,81%)
Code Octave cho câu 4:

clear
clc
Sr=10000;
Vd=380;
f=50;
Xs=1.2;
Qa=6000;
Pmq=2000;
p=2;


% Câu a) và câu b) máy vận hành ở chế độ máy phát;
zs=1j*Xs;
% giá trị điện áp pha
V=Vd/sqrt(3)
%may phat cs ph/kháng, luoi tieu thu cs phk (cos tinh cam)
P=sqrt(Sr^2-Qa^2);
S=(P+1j*Qa);
%Chon giá trị điện áp pha làm quy chiếu
ia=conj(S/3/V);
ea=V+ia*zs
Ea=abs(ea)
thetaa=angle(ea)*180/pi
%b)Công suất cơ trên trục của động cơ sơ cấp là tổn hao quay và công suất
phát lên lưới
Pco=Pmq+P
n=60*f/p
M=9.55*Pco/n
%c) may van hanh o che do dong co;
P=Pmq

Q=sqrt(Sr^2-P^2)
S=P-1j*Q;
ia=conj(S/3/V);
ea=V-ia*zs
E=abs(ea)
Iktsau/Ikttruoc=E/Ea

Hướng dẫn đánh giá chuẩn đầu ra: Nếu sinh viên viết đúng biểu thức và tính
đúng thì đạt chuẩn đầu ra tương ứng, ngược lại sẽ không đạt chuẩn đầu ra.