Bài tập lớn truyền động điện

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
 
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

 

BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Lớp học phần: DHDKTD16C
GV: Lê Văn Đại
 

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2023

 PAGE \* MERGEFORMAT 5



Chương 1
 Example 1. A grinding machine is coupled to a single-phase motor having a
constant speed of 900 rpm. If the maximum speed of the grinding machine is 200
rpm, find the diameter ratio of two pulleys on either side. (2:9)
Giải:
Để tìm tỉ số đường kính của hai rịng rọc, ta sử dụng tỉ số giữa tốc độ đầu ra và tốc độ
đầu vào của hai ròng rọc. Trong trường hợp này, tốc độ đầu ra là tốc độ của máy mài
(200 vòng/phút), và tốc độ đầu vào là tốc độ của động cơ (900 vịng/phút).
Từ định luật bảo tồn năng lượng, ta có thể sử dụng cơng thức sau để tính tỉ số đường
kính của hai rịng rọc:
 D2/D1=N1/N2
Thay vào các giá trị đã cho D2/D1=200/900

 Đơn giản hóa tỉ số vậy tỉ số đường kính của hai rịng rọc là 2/9

 Example 2. An electric motor that develops a starting torque of 20 N-m starts with a
load torque of 10 N-m on its shaft. If the acceleration at start is 4 rad/s2 , compute
the moment of inertia of the system neglecting viscous and coulomb friction. (2,5
kg.m2)
Giải:
Theo định luật Newton, momen lực trên môt vật có khối lượng m được định nghĩa
là :
Trong đó, M momen xoắn, I là momen quán tính của vật và omega là tốc độ góc
Động có của momen xoắn khởi động
và momen xoắn tải
Điều này có nghĩa là momen xoắn hiệu dụng sẽ là:
PAGE \* MERGEFORMAT 5


Gia tốc góc có giá trị ban đầu là
. Khi đó bỏ qua ma sát nhớt và
coulomb, momen lực sẽ được giữ ngun trong q trình quay. Do đó:
Ta có thể giải phương trình trên để momen quan tính I , ta được:
 
Vậy kết quả của phép tính là:
 
 Example 3. A train starts from rest from Station A and attains a speed of 200 km/h
in 2 minutes. After the train moves at this speed for a while, the brakes are applied
at 1.85 m/ s2 and the train stops at station B. Compute the acceleration, braking
interval, and duration for which the train runs at the constant speed, given that the
total time taken for the train to reach station B from station A is 10 minutes. Sketch
the speed time curve. (7,5s)
 

Giải:
  Sau khi tàu di chuyển với tốc độ 200Km/h trong một khoản thời gian nhất định,
 phanh được áp dụng với gia tốc -1.85m/s^2 để dừng tàu
Gia tốc của phanh là -1.85m/s^2 ( trong hướng ngược lại với hướng di chuyển của
tàu). Để tính khoảng thời gian phanh ( t2) ta sử dụng cơng thức sau:
 
Từ cơng thức V=v0+at ta có:

Vậy tàu sẽ phải phanh trong 30s để dừng lại tại ga B
Để tính thời gian tàu di chuyển ở tốc độ khơng đổi ( t3) ta có cơng thức sau:
T3= tổng thời gian -t1-t2
T3= 10 phút*60 giây/phút - 120 giây - 30 giây =450 giây
Vậy tàu sẽ di chuyển ở tốc độ không đổi trong khoảng thời gian 450 giây.
 PAGE \* MERGEFORMAT 5


 Example 4. In the gear system shown in Fig. 2-15a, the gear ratio nL/Mn = 3 where
n equals the number of teeth in a gear. The load and motor inertia are JL = 10kgm2
and JM = 1.2 kgm2 . Damping and the load-torque TL can be neglected. For the
load-speed profile shown in Fig. 2-15b, draw the profile of the electromagnetic
torque Tem required from the motor as a function of time. ()

Giải:
 

 Example 5: An electric motor takes 2.33 s to start from standstill to a no-load speed 
of 1,490 rpm. If losses are neglected and the electromagnetic torque required for
 starting is 23.77 N-m, compute the moment of inertia of the drive. (0,355 kgm2)
 PAGE \* MERGEFORMAT 5

Giải:

 

CHƯƠNG 2

1. A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A, 1,400
rpm, armature resistance = 2.3 Ω, field excited at rated current. When the armature
is open-circuited and rotated at 1,500 rpm by a prime mover, the armature voltage
was 250 V. If the motor is now supplied at rated voltage and if it carries 5.6 A
armature current, what will be the approximate load torque on the shaft?
Giải:

 

2. A separately excited dc motor has the following specifications: 1,500 kW, 2,650
 A, 600 rpm, brush drop of 2.0 V, armature resistance of 0.003645 Ω, armature
inductance of 0.1 mH, and a machine frictional torque coefficient of 15 N-m/rad/s.
 If field current is maintained constant at its normal value, compute the steady
 state input voltage for rated armature current and rated speed.
Giải:
  Ta có

PAGE \* MERGEFORMAT 5


=>

=>

3. A separately excited dc motor has the following parameters: armature resistance
= 0.5 Ω, armature inductance = 0.003 H, Kb = 0.8 V/rad/s, J = 0.0167 kgm2 , and
 B = 0.01 N-m/rad/s. If the motor is supplied at rated field current and armature is
 supplied at 220 V, find the steady-state motor speed at 100N-m load.
Giải:
 

(1)

Ta có:
 

Kt=8 Nm/A
 PAGE \* MERGEFORMAT 5


Thay vào (1)

Từ phương trình ta được
 
Mà

Ở trạng thái ổn định tỷ lệ thay đổi dòng điện phần ứng bằng 0 vì vậy:

Tốc độ cần tìm là 738.92rad/s
4. A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A, 1,400
rpm, armature resistance = 2.3 Ω and field excited at rated current. When the
armature terminals are open circuited and externally driven at 1,500 rpm, the
armature voltage is 250 V. If the motor is now supplied at rated voltage and runs at

1,000 rpm, what electromagnetic torque will be developed?
Giải:

PAGE \* MERGEFORMAT 5


 

5. A separately excited dc motor has the following parameters: 220 V, 10 A,
1,400 rpm, armature resistance = 2.3 Ω, and field excited at rated current. When
the armature terminals are open-circuited and externally driven at 1,500 rpm, the
armature voltage is 250 V. If the motor is now supplied at rated voltage and runs
at 1,000 rpm, what electromagnetic torque will be developed?
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


6.A separately excited dc motor driving a fan type has the following constants:
armature resistance = 0.2 Ω, back-emfconstant = 0.8 V/(rad/s), load constant = 75
× 10-6 N-m/rad2 . If the armature current required to deliver a load torque of 0.75
 N-m is 10 A, find the armature voltage. Neglect friction and windage losses.
Giải:

7. An electric motor takes 2.33 s to start from a standstill to no-load speed of 1,490
rpm. If losses are neglected and electromagnetic torque required for starting is
23.77 N-m, compute moment of inertia of the drive.
Giải:

 

CHƯƠNG 3
 PAGE \* MERGEFORMAT 5


1.A first-quadrant chopper is feeding a constant, ripple-free current to the armature
of a separately excited dc motor. Derive an expression for rms value of a chopper
current, a ripple current of chopper current, and determine the duty ratio at which
the chopper current is maximum.
Giải:
2. A separately excited dc motor rated at 220 V, 10 A, and 1,500 rpm has an
armature resistance of 1.00 Ω. The motor terminal voltage is controlled using a
 first-quadrant chopper, which is supplied from a 230-V source. If the motor speed is
to be controlled from 500 rpm to 1,000 rpm at rated load, compute the desired ON
 period of the chopper for the two speeds at a chopping frequency of 1.0 KHz.
Giải:
3. A separately excited dc motor has the following name plate data: 230 V, 50 A,
1,400 rpm. The armature resistance is 0.1 Ω. If dynamic baking takes place at 500
rpm at 1.5 times the rated torque, compute the duty ratio. The braking resistance is
6 Ω. (Hint: Ia = 1.5 × Ia rated)
Giải:

 
ta có:

4. A 230-V, 8-A, 1,500-rpm separately excited dc motor has an armature resistance
of 2.5 Ω. A singlequadrant chopper supplied from a 300-V dc bus is operating at a
duty ratio of 55% and supplies power to the motor armature at rated current.
Compute the motor speed.
Giải:

 

PAGE \* MERGEFORMAT 5


5. A first-quadrant dc/dc converter is fed from a 280-V dc bus. When the converter
 supplies power to a separately excited dc motor at 45% duty ratio, the average
armature current is 4 A at 1,560 rpm. What is the duty ratio required to reduce the
 speed to 1,400 rpm for the same armature current? The armature resistance is 4 Ω.
  Giải:

6. A separately excited dc motor is fed from a 440-V dc source through a single
quadrant chopper with ra = 1.2 Ω and armature current of 180 A. The voltage and
torque constants are equal at 1.25 V/rad/s. The field current is 2 A. The duty cycle
of chopper is 0.65. Find (a) speed and (b) torque.
Giải:
a)
 
PAGE \* MERGEFORMAT 5


 b)

 

7. A dual-input dc/dc converter is supplied from two dc batteries (12 V and 24 V).
The duty ratio of the power switch connected to the first source is 45%, while that of 
the second is 30%. Compute the average output voltage. Load consists of large
inductance and resistance.
Giải:

 
8. A separately excited dc motor has an armature resistance of 2.3 Ω and an
armature current of 100 A. (a) Find the voltage across the braking resistance for a
duty ratio of 25%. (b) Find the power dissipated in braking resistance.
  Giải:

CHƯƠNG 4
2. A three-phase, 400-V, four-pole, 50-Hz induction motor rated 1,440 rpm is to be
run at 1,000 rpm from a 40-Hz supply. Calculate the efficiency of the machine.
Giải:
 

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


 
3. What is the minimum firing angle that can be employed for an ac/ac converter
that feeds the following induction machine running at rated conditions: 2.2 kW, 415
V, 50 Hz, 4.7 A, 1,435 rpm;
Giải:

 
=>Minimum aggle= 7.3

4. A three-phase wound-type induction motor is rated 440 V, 25 A, 50 Hz, 1,440
rpm. It uses a SCRcontrolled, three-phase semi-converter at the rotor side for rotor
resistance control. For a firing angle of 60°, the time delay is found to be 6 ms.
Calculate the speed of the machine.
Giải:

PAGE \* MERGEFORMAT 5


 

5. Calculate the peak current for a three-phase induction motor driving a fan/pump
load. The machine specifications are: 2.2 kW, 415 V, 50 Hz, 1,435 rpm, and 10 A.
Giải:
  Vì tốc độ đầy tải được cho là 1436 vòng/phút nên ta có thể giả sử đồng bộ tốc độ là
1500 vịng / phut

 

6. Estimate the terminal voltage to be applied for a drive that delivers a constant
torque of 5 Nm at 1,200 rpm. The drive is employing an induction motor with the
 following rating and parameters: 415 V, 50 Hz, 7.5 A, 1,440 rpm, Rs = 3.46 Ω, Rr
= 0.68, Xs = Xr′ = 5.9 Ω.
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


 

7. A three-phase, 4-kW, four-pole, 50-Hz, 440-V, 1,440-rpm induction motor has the
 following parameters: stator resistance 1.68 Ω, rotor resistance 2.3 Ω, and rotor
and stator reactance is 5.8 Ω at 50 Hz. It is initially driving a fan-type load at rated 
conditions. Find the voltage to be applied across the motor terminals to drive the
 fan at 1,300 rpm.
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


 

8. A star-connected, three-phase induction motor, rated 2.2 kW, 415 V, 50 Hz, and
1,435 rpm with parameters Rs = 2.745 Ω, Rr = 5 Ω, Xs = Xr′ = 11.225 Ω is
initially driving a fan-type load at rated conditions. Compare the power factor of
the drive at rated conditions and 1,200 rpm.
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


PAGE \* MERGEFORMAT 5

 


 

CHƯƠNG 5

1. A 6.9-kW, three-phase, 415-V, 12-A, 1,200-rpm, 0.8 (lagging) power factor,
 starconnected, synchronous motor has a rated field current of 1 A at 200 V. The
 synchronous reactance is 15.6 Ω, and the stator resistance is negligible.
a. Find the stator emf at rated torque and field magnetomotive force.
b. Find the stator emf at 60% of rated torque and at rated excitation.
c. Find the required value of field current for unity power factor.

d. Find the input power at 0.8 (lagging) power factor at a field current of 0.8 A.
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


 
PAGE \* MERGEFORMAT 5


2. A synchronous motor has the following ratings: three-phase, 415 V, 50 Hz, 1,500
rpm, 6.9 kW, 0.8 (lagging) power factor; and field excitation is 1 A at 200 V. The
motor is supplied from a VSI holding Vf constant. The synchronous reactance is
14.25 Ω, and stator resistance is negligible.
a. If the motor is running at 1,000 rpm at rated current at 0.85 power factor,
compute the output power developed and the field current.
b. At 80% of rated torque, 1,400 rpm, and 100% field excitation, calculate the
 stator current and power factor.
Giải:

3. A 3Φ, Y-connected, 5-kW, 415-V, 10-A, 1,200-rpm, 50-Hz induction motor drive
is controlled by a VSI at a constant V/fratio. Calculate the approximate speed for a
 frequency of 40 Hz at full load.
Giải:

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


4. A 3Φ, Y-connected, 3.73-kW, 415-V, 8-A, 1,400-rpm, 50-Hz induction motor with
the following parameters: Rs = 4.2 Ω, Xs = Xr′ = 3.30 Ω, Rr = 0.8 Ω, Xm = 490.08

Ω, is controlled by a VSI at constant Vf ratio. Calculate the maximum torque for a
 frequency of 30 Hz and compare it with the rated maximum torque.
Giải:

 

BÀI TẬP NỘP BÙ CHƯƠNG 2

 
 
Bài 1

( CHAPTER 02.5)

B. các tổn hao ∆ Pư  , ∆ k ktnt , ∆ Pkt 
Tổn hao trong dây quấn phần ứng
∆ Pư 

2

= I 

× R ư 

Tổn hao day quấn kích từ nối tiếp
 PAGE \* MERGEFORMAT 5


2

∆ P kt = I  × Rkc
2

∆ P ktnt = I  × R ktnt 

Cơng suất đầu ra của máy phát và hiệu suất
∆ P2

=U × I 

=>> Hiệu suất là
 P2
n=
 P2 + ∆ P ư + ∆ k ktnt + ∆ Pkt 

Bài 2

  -- 153,71
 

-

Tối đa cảm ứng emf Ps
Tốc độ tương ứng với emf cảm ứng này là

-

Vùng suy yếu

PAGE \* MERGEFORMAT 5

-

Phạm vi hoạt động
 
Tốc độ hấp thụ tối đa là
 

Bài 3

Ta biết rằng mô-men xoắn :
Ta đề cập đến các vấn đề 2 cho các giá trị của
Vì vậy, ta có

Vì vậy :
 N = 1750 vịng / phút

 PAGE \* MERGEFORMAT 5


ia = 153,71 A

Ra= 0,088

Bài 5
Giải:

 


Trong trường hợp động cơ DC

 PAGE \* MERGEFORMAT 5