Hướng dẫn giải bài tập ứng dụng phần máy điện một chiều.PDF

HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP ỨNG
DỤNG


BÀI TẬP 1
Máy phát điện một chiều có P
đm
= 85
kW; U
đm
= 230 V; tốc độ n
đm
= 1470 vg/ph;
hiệu suất
đm
 = 0,895.

Tính dòng điện, mômen cơ và tổng tổn
hao công suất của động cơ sơ cấp ở chế độ
đònh mức.

Gợi ý

Quan hệ giữa các đại lượng điện trong máy phát điện 1 chiều như sau:
Công suất đònh mức ghi trên nhãn máy phát điện một chiều là công suất
điện.
Công suất điện của máy phát điện một chiều:
P
đm
= U
đm
. I
đm
(W)
Hiệu suất đònh mức:

đm

% =
cơ
đm
P

P
.100%
P
cơ
: công suất động cơ sơ cấp (P
1
).
Công thức quan hệ giữa công suất cơ và mômen cơ:
M
cơ
=
đm
cơ
P

(Nm).
Tốc độ góc ở trục động cơ là:

đm


=
60
n
.
2
đm

(rad/s).
Từ đó, ta có bài giải như sau:

BÀI GIẢI
Dòng điện đònh mức của máy phát:
Từ P
đm
= U
đm
. I
đm
.
Suy ra I
đm
=
đm
đm
U
P
=
230
10.85
3
= 369,6 (A).
Công suất cơ của động cơ sơ cấp là:
P
cơ
=
đm
đm
P

=

895,0
10.85
3
= 95 (kW).
Mômen cơ của động cơ sơ cấp:
M
cơ
=
đm
cơ
P

=
.60
n.2
P
đm
cơ

=
9,153
10.95
3
= 0,62 (kNm).
Với
đm


=
60

n
.
2
đm

=
60
1470.2

= 153,9 (rad/s).
Tổng tổn hao công suất động cơ sơ cấp:

P = P
cơ
- P
đm
= 95 – 85 = 10
(kW).






BÀI TẬP 2
Động cơ điện một chiều có P
đm
=
1,5 kW; điện áp đònh mức U
đm

= 220 V;
tốc độ n
đm
= 1500 vg/ph; hiệu suất
đm
 =
0,82.
Tính mômen đònh mức, dòng điện
đònh mức và tổng tổn hao công suất của
động cơ.













Gợi ý:
Quan hệ giữa các đại lượng điện trong động cơ điện một chiều như sau:
Công suất đònh mức ghi trên nhãn máy động cơ là công suất cơ.
Công suất điện của máy điện một chiều:
P
1đm
= U

đm
. I
đm
(W).
Hiệu suất đònh mức:

đm

% =
1
đm
P
P
.100%
P
1
: công suất điện cấp cho động cơ.
Công thức quan hệ giữa công suất cơ và mômen cơ:
M
cơ
=
đm
đm
P

(Nm).
Tốc độ góc ở trục động cơ là:

đm


=
60
n
.
2
đm

(rad/s).
Từ đó, ta có bài giải như sau:







BÀI GIẢI
Mômen cơ đònh mức của động cơ:
M
đm
=
đm
đm
P

=
.60
n.2
P

đm
cơ

=
157
10.5,1
3
= 9,55 (Nm).
Với
đm


=
60
n
.
2
đm

=
60
1500.2

= 157
(rad/s).
Công suất điện cấp cho động cơ là:
P
1
=
đm

đm
P

=
82,0
10.5,1
3
= 1829,3 (W).
Dòng điện đònh mức của động cơ là:
Từ P
1
= U
đm
. I
đm
.
Suy ra: I
đm
=
đm
1
U
P
=
220
3,1829
= 8,31 (A).
Tổng tổn hao công suất trong động cơ:



P = P
1
- P
đm
= 1829,3 – 1500 = 329,3 (W).






BÀI TẬP 3
Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập P
đm
= 12 kW, điện áp đònh
mức U
đm
= 220 V, n
đm
= 685 vg/ph, dòng điện phần ứng I
ư
= 63 A. Động cơ kéo
tải có mômen cản không đổi. Khi điện áp đặt vào động cơ giảm U = 180 V.
Tính:
a/ Công suất tiêu thụ của động cơ.
b/ Công suất có ích của động cơ khi tốc độ động cơ giảm n = 550 vg/ph với
U = 180 V.
c/ Hiệu suất của động cơ khi điện áp đặt vào động cơ giảm.
Gợi ý:

Quan hệ giữa các đại lượng điện trong động cơ như sau:
P
đm
: công suất cơ trên đầu trục động cơ được ghi trên nhãn máy động cơ.
Công suất điện động cơ tiêu thụ ở chế độ đònh mức:
P
1
= U
đm
. I
đm
(W).
Công thức quan hệ giữa công suất cơ và mômen cơ:
M
cơ
=
đm
đm
P

(Nm).
Tốc độ góc ở trục động cơ là:

đm


=
60
n
.

2
đm

(rad/s).
Sơ đồ mạch điện tương đương:

Trước hết tính mômen ở chế độ đònh mức, suy ra công suất có ích khi tốc
độ giảm.
Hiệu suất đònh mức:

đm

% =
1
đm
P
P
.100%
P
1
: công suất điện cấp cho động cơ.
BÀI GIẢI
a/ øCông suất điện động cơ tiêu thụ:
P
1
= U

. I
đm
= 180.63 = 11340 (W).

b/ Mômen có ích ở chế độ đònh mức:
M
cơ
=
đm
đm
P

=
đm
đm
n.2
P
.60

=
685
.
2
10.12
.60
3

= 167,3 (Nm).
Công suất cơ có ích khi n = 550 vg/ph:
P
2
= M
cơ
.


= 167,3.
60
n
.
2

= 167,3.
60
550.2

= 9635,8
(W).
c/ Hiệu suất của động cơ khi n = 550 vg/ph là:

đm

% =
1
2
P
P
.100% =
11340
8,9635
.100% = 0,85 .



BÀI TẬP 4

Máy phát điện kích từ song song, công suất đònh mức P
đm
= 25 kW, điện
áp đònh mức U
đm
bằng 115 V, điện trở dây quấn kích từ song song R
KT
= 12.5

,
điện trở phần ứng R
ư
= 0,0238

, số đôi mạch nhánh song song a = 2, số cực 2p
= 4, tổng số thanh dẫn N = 300, tốc độ quay n = 1300 vg/ph.
a/ Tính sđđ E
ư
và từ thông Φ.
b/ Khi I
KT
= const, tính điện áp đầu cực máy phát khi dòng điện
giảm xuống đến giá trò I= 80,8 A (bỏ qua phản ứng phần ứng).
Gợi ý:
P
đm
, U
đm
: là những đại lượng điện ngõ ra của máy phát khi tốc độ quay n
và giá trò dòng điện kích từ I

KT
là đònh mức.
Công suất của máy phát điện một chiều:
P
đm
= I
đm
. U
đm
(W).
Máy phát điện một chiều có mối quan hệ về dòng điện:
I
ư
= I
KT
+ I
Phương trình cân bằng điện áp của máy phát:
E
ư
= U
đm
+ I
ư
. R
ư
R
KT,
R
ư
: nội trở các cuộn dây xác đònh ở trạng thái không điện.

Mỗi vòng dây có N = 2 thanh dẫn, nếu có W vòng dây thì tổng số thanh
dẫn N = 2.W.




BÀI GIẢI
a/ Dòng điện đònh mức chạy qua dây quấn stator:
Do P
đm
= I
đm
. U
đm
(W).
Suy ra: I
đm
=
đm
đm
U
P
=
115
25000
= 217,4 (A).

Do kích từ song song nên điện áp kích từ chính bằng điện áp trên hai đầu
cực của máy phát nên dòng điện kích từ:
I

KT
=
KT
đm
R
U

=
5,12
115
= 9,2 (A).

Sức điện động của máy phát:
Do I
ư
= I
KT
+ I

= 217,4 + 9,2 = 226,6 (A).
Từ phương trình cân bằng điện áp, sức điện động phần ứng:
E
ư
= U
đm
+ I
ư
. R
ư

= 115 + 226,6 . 0,0238 = 120,4 (V).
Vậy từ thông Φ trong máy điện:
Φ =
n.N.p
60.a.E
ư
=
1300
.
300
.
2
4,12060.2.
= 0,018 (Wb).
b/ Khi dòng điện giảm xuống còn 80,8 A:
Dòng điện phần ứng:
I
ư
= I
KT
+ I

= 80,8 + 9,2 = 90 (A).
Từ phương trình cân bằng điện áp suy ra điện áp đầu cực máy phát:
U
đm


= E
ư

- I
ư
. R
ư
= 120,4 – 90.0,0238 = 118,3 (V).













BÀI TẬP 5
Máy phát điện một chiều có số đôi
cực p = 3, số phần tử dây quấn phần ứng
S = 100, mỗi phần tử có W
1b
= 2 vòng, từ
thông dưới mỗi cực từ Φ = 0,012 Wb, tốc
độ quay n = 1000 vg/ph.
Xác đònh sđđ phần ứng nếu dây quấn
phần ứng có dạng dây quấn xếp đơn ?

Gợi ý:

Mỗi phần tử S là một bối dây, mỗi bối dây có số vòng dây ký hiệu W và
tổng số thanh dẫn trong một bối dây N= 2.W.
Sức điện động phần ứng tính theo công thức:
E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
(V
ới N là tổng số thanh dẫn, a là số đôi mạch nhánh song song
trong dây quấn phần ứng ).
Số mạch nhánh song song
Dây quấn xếp đơn giản: 2a = 2p.
Dây quấn sóng đơn giản: 2a = 2.

BÀI GIẢI
a/ Sức điện động phần ứng máy phát một chiều:
E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ (V).
Với tổng số thanh dẫn trong dây quấn phần ứng:
N = 2.W. S
= 2.2.100 = 400 (thanh).
Khi dây quấn phần ứng có dạng dây quấn xếp đơn giản:
Số mạch nhánh song song:
2a = 2p = 6.
Vậy sức điện động phần ứng:
E
ư
=
3
.
60
400.3
.1000.0,012 = 80 (V).

BÀI TẬP 6a
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, dây quấn phần ứng dạng xếp

đơn, có số thanh dẫn N bằng 809, điện trở R
ư
=0,46

, số đôi cực p = 2, từ thông
dưới mỗi cực từ Φ = 0,055 Wb, điện áp đặt vào động cơ U = 500 V, dòng điện
phụ tải I = 100 A. Xác đònh :
a/ Tốc độ quay.

b/ Mômen quay.
Gợi ý:
Động cơ kích từ độc lập: dòng điện phần ứng không ảnh hưởng đến dòng
điện kích từ.
Mỗi cực từ khi hình thành trong dây quấn tạo ra từ thông
Φ.
Sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Mỗi vòng dây có 2 cạnh tác dụng đặt trong 2 rãnh khác nhau tạo thành 2
thanh dẫn, tương ứng theo đề bài có 809 thanh dẫn phân bố trong các
rãnh của máy điêïn.
Mômen ở trục động cơ: M
q

= k
M
.I
ư
.Φ (với hệ số mômen k
M
=
a
.
.
2
N
.
p

).
BÀI GIẢI
a/ Mạch điện tương đương của phần ứng động cơ điện một chiều:

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:
U = E
ư
+ I
ư.
R
ư
(V).
Nên sức điện động phần ứng:
E
ư

= U - I
ư.
R
ư
(V).
= 500 – 100 . 0,46 = 454 (V).
Tốc độ quay của động cơ:
Do sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Suy ra
tốc độ quay: n =
.N.p
a
.
60
. E
ư
(dây quấn có a = p).
n =
055,0.809.2
1.60
. 454 = 306 (vg/ph).

b/ Mômen quay của động cơ:
M
q
=
a
.
.
2
N
.
p

. I
ư
.Φ =
2.14,3.2
809.2
. 0,055.100 = 708,5 (Nm).


BÀI TẬP 6b
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, dây quấn phần ứng dạng sóng có
số thanh dẫn N bằng 809, điện trở R
ư
=0,46

, số đôi cực p = 2, từ thông dưới
mỗi cực từ Φ = 0,055 Wb, điện áp đặt vào động cơ U = 500 V, dòng điện phụ tải
I = 100 A. Xác đònh :
a/ Tốc độ quay.

b/
Mômen quay.

Gợi ý:

Động cơ kích từ độc lập: dòng điện phần ứng không ảnh hưởng đến dòng
điện kích từ.
Mỗi cực từ khi hình thành trong dây quấn tạo ra từ thông
Φ.
Sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Mỗi vòng dây có 2 cạnh tác dụng đặt trong 2 rãnh khác nhau tạo thành 2
thanh dẫn, tương ứng theo đề bài có 809 thanh dẫn phân bố trong các
rãnh của máy điêïn.
Mômen ở trục động cơ: M
q
= k
M
.I
ư
.Φ (với hệ số mômen k
M

=
a
.
.
2
N
.
p

).
BÀI GIẢI
a/ Mạch điện tương đương của phần ứng động cơ điện một chiều:

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:
U = E
ư
+ I
ư.
R
ư
(V).
Nên sức điện động phần ứng:
E
ư
= U - I
ư.
R
ư
(V).
= 500 – 100 . 0,46 = 454 (V).

Tốc độ quay của động cơ:
Do sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Suy ra
tốc độ quay: n =
.N.p
a
.
60
. E
ư
(dây quấn cóg a = 1).
n =
055,0.809.2
1.60
. 454 = 306 (vg/ph).
b/ Mômen quay của động cơ:
M
q
=
a
.

.
2
N
.
p

. I
ư
.Φ =
1.14,3.2
809.2
. 0,055.100 = 1417 (Nm).
BÀI TẬP 7
Máy phát điện một chiều có tốc độ quay không tải n
o
= 1000 vg/ph thì
sđđ phát ra E
o
bằng 222 V. Hỏi muốn phát ra sđđ đònh mức lúc không tải E
o đm
= 220 V thì tốc độ quay n
o đm
bằng bao nhiêu để dòng điện kích từ không đổi ?
Gợi ý:
Lúc không tải tốc độ quay của động cơ sơ cấp tăng đến một tốc độ ổn
đònh, lúc đó đo điện áp trên hai đầu cực của máy phát là điện áp không
tải.
Muốn dòng điện kích từ không đổi và điện áp lúc không tải là đònh mức
thì phải điều chỉnh giảm tốc độ động cơ sơ cấp.
Cần tính sđđ E trong hai trường hợp, sau đó suy ra tốc độ lúc không tải:

E

= k
E
.Φ. n. (V).
BÀI GIẢI
Sức điện động phần ứng lúc không tải như sau:
E
o
= k
E
.Φ. n
o
(V).
Và lúc không tải đònh mức phần ứng có sức điện động :
E
m
= k
E
.Φ. n
m
(V).
Lập tỉ số sức điện động giữa hai phương trình trên:

m
o
E
E
=
mE

oE
n k
n
.
.
k


=
m
o
n
n

Suy ra tốc độ không tải đònh mức của máy phát:
n
m
= n
o
.
m
o
E
E
= 1000 .
222
220
= 991 (vg/ph).
BÀI TẬP 8
Động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất đònh mức P

đm
=
5,5 kW, điện áp đònh mức U
đm
= 110 V, tổng dòng điện vào động cơ I
đm
= 58 A,
tốc độ n
đm
= 1470 vg/ph, điện trở phần ứng R
ư
= 0,15

, điện trở mạch kích từ
R
ư
= 137

, điện áp rơi trên chổi than 2

U
TX
= 2 V. Tính sđđ phần ứng và
mômen điện từ của động cơ.
Gợi ý:

Công suất đònh mức P
đm
là công suất cơ ghi trên nhãn máy động cơ.
Công thức liên hệ giữa mômen và công suất trong động cơ:

P = M .

(với

=
60
n
.
2

rad/s: tốc độ góc của trục động cơ).
Khi động cơ kéo tải đònh mức, điện áp cấp cho động cơ đúng đònh mức thì
dòng điện đònh mức hình thành trong dây quấn và tạo ra lực tương tác
điện từ hình thành mômen điện từ làm quay trục động cơ với n
đm
.
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ có kể đến điện trở tiếp xúc ở
chổi than:
E
ư
= U
đm
- I
ư
.R
ư
- 2

U
TX

.

Từ đó, ta có bài giải như sau:
BÀI GIẢI
Động cơ kích từ song song nên điện áp kích từ bằng điện áp phần ứng.
Dòng điện kích từ:
I
KT

=
KT
đm
R
U
=
137
110
= 0,8 (A).
Dòng điện phần ứng động cơ điện một chiều:
I
ư
= I
đm
- I
KT
= 58 – 0,8 = 57,2 (A).

Sức điện động phần ứng suy ra từ phương trình cân bằng điện áp:
E
ư

= U
đm
- I
ư
.R
ư
- 2

U
TX


= 110 – 57,2 . 0,15 – 2 = 99,4 (V).
Mômen điện từ của động cơ điện:
Do P = M .

= E
ư .
I
ư
Suy ra: M =

ưư
I
.
E
=
60
n.2
I

.
E
ưư


60
1470.14,3.2
2,57.4,99
= 36,9 (Nm).
BÀI TẬP 9
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có điện áp đònh mức U
đm
= 220
V, dòng điện vào động cơ I
đm
= 502 A, hiệu suất đònh mức
đm

= 0,905, điện trở
mạch kích từ song song R
KT//
= 50

, tổn hao cơ, sắt từ và tổn hao phụ là 4136
W. Tính:
a/ Công suất điện tiêu thụ, công suất đònh mức của động cơ.
b/ Tổng tổn hao trên điện trở phần ứng và trên điện trở kích từ nối
tiếp, dây quấn cực từ phụ.
Gợi ý:
Kích từ hỗn hợp: sử dụng hai cuộn dây kích từ song song và nối tiếp.

Công suất điện P
1
đặt vào động cơ không chuyển đổi hoàn toàn thành
công suất cơ mà có một phần bò tổn hao: tổn hao cơ, sắt từ, tổn hao phụ…
P
1
= U
đm
. I
đm
(W).
Công suất ghi trên nhãn máy là công suất cơ trên đầu trục:
P
đm
= P
1
.
đm

(W).
BÀI GIẢI
a/ Công suất động cơ tiêu thu làï:
P
1
= U
đm
. I
đm
= 220 . 502 = 110440 (W).
Công suất đònh mức của động cơ điện:

P
đm
= P
1
.
đm

= 110440 . 0,905 = 99948 (W).
b/ Tổn hao công suất trên điện trở kích từ song song:


P
KT//
= R
KT//
. I
2
KT
= 50 . (220/50)
2
= 968 (W).
Tổng tổn hao trong động cơ:


P

= P
1
– P
đm

= 110,44 – 99,948 = 10,492 (KW).
Tổng tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng, kích từ nối tiếp và dây
quấn cực từ phụ của động cơ điện:


P
ư,nt,cf
=

P -

P
Fe+f
-

P
KT//

= 10492 – 4136 – 968 = 5388 (W).

BÀI TẬP 10
Máy phát điện kích từ song song, công suất đònh mức P
đm
= 25 kW, điện
áp đònh mức U
đm
bằng 115 V, điện trở dây quấn kích từ song song R
KT
= 12.5


,
điện trở phần ứng R
ư
= 0,0238

, số đôi mạch nhánh song song a = 2, số cực 2p
= 4, tổng số thanh dẫn N = 300, tốc độ quay n = 1300 vg/ph.
a/ Tính sđđ E
ư
và từ thông Φ.
b/ Khi I
KT
= const, tính điện áp đầu cực máy phát khi dòng điện
giảm xuống đến giá trò I= 80,8 A (bỏ qua phản ứng phần ứng).
Gợi ý:
P
đm
, U
đm
: là những đại lượng điện ngõ ra của máy phát khi tốc độ quay n
và giá trò dòng điện kích từ I
KT
là đònh mức.
Công suất của máy phát điện một chiều:
P
đm
= I
đm
. U
đm

(W).
Máy phát điện một chiều có mối quan hệ về dòng điện:
I
ư
= I
KT
+ I
Phương trình cân bằng điện áp của máy phát:
E
ư
= U
đm
+ I
ư
. R
ư
R
KT,
R
ư
: nội trở các cuộn dây xác đònh ở trạng thái không điện.
Mỗi vòng dây có N = 2 thanh dẫn, nếu có W vòng dây thì tổng số thanh
dẫn N = 2.W.

BÀI GIẢI
a/ Dòng điện đònh mức chạy qua dây quấn stator:
Do P
đm
= I
đm

. U
đm
(W).
Suy ra: I
đm
=
đm
đm
U
P
=
115
25000
= 217,4 (A).

Do kích từ song song nên điện áp kích từ chính bằng điện áp trên hai đầu
cực của máy phát nên dòng điện kích từ:
I
KT
=
KT
đm
R
U

=
5,12
115
= 9,2 (A).

Sức điện động của máy phát:
Do I
ư
= I
KT
+ I

= 217,4 + 9,2 = 226,6 (A).
Từ phương trình cân bằng điện áp, sức điện động phần ứng:
E
ư
= U
đm
+ I
ư
. R
ư

= 115 + 226,6 . 0,0238 = 120,4 (V).
Vậy từ thông Φ trong máy điện:
Φ =
n.N.p
60.a.E
ư
=
1300
.
300
.
2

4,12060.2.
= 0,018 (Wb).
b/ Khi dòng điện giảm xuống còn 80,8 A:
Dòng điện phần ứng:
I
ư
= I
KT
+ I

= 80,8 + 9,2 = 90 (A).
Từ phương trình cân bằng điện áp suy ra điện áp đầu cực máy phát:
U
đm


= E
ư
- I
ư
. R
ư
= 120,4 – 90.0,0238 = 118,3
(V).

BÀI TẬP 11
Máy phát điện một chiều có số đôi cực p = 3, số phần tử dây quấn phần
ứng S = 100, mỗi phần tử có W= 2 vòng, từ thông dưới mỗi cực từ
Φ = 0,012 Wb,
tốc độ quay n = 1000 vg/ph.

a/ Xác đònh sđđ phần ứng nếu dây quấn phần ứng có dạng dây
quấn xếp đơn giản.
b/ Xác đònh sđđ phần ứng nếu dây quấn phần ứng có dạng dây
quấn sóng đơn giản.
Gợi ý:
Mỗi phần tử S là một bối dây, mỗi bối dây có số vòng dây ký hiệu W và
tổng số thanh dẫn trong một bối dây N= 2.W.
Sức điện động phần ứng tính theo công thức:
E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
(Với N là tổng số thanh dẫn, a là số đôi mạch nhánh song song
trong dây quấn phần ứng ).
Số mạch nhánh song song
Dây quấn xếp đơn giản: 2a = 2p.
Dây quấn sóng đơn giản: 2a = 2.

BÀI GIẢI
a/ Sức điện động phần ứng máy phát một chiều:
E
ư
=
a

.
60
N
.
p
.n.Φ (V).
Với tổng số thanh dẫn trong dây quấn phần ứng:
N = 2.W. S
= 2.2.100 = 400 (thanh).
Khi dây quấn phần ứng có dạng dây quấn xếp đơn giản:
Số mạch nhánh song song:
2a = 2p = 6.
Vậy sức điện động phần ứng:
E
ư
=
3
.
60
400.3
.1000.0,012 = 80 (V).
b/ Khi dây quấn phần ứng có dạng dây quấn sóng đơn giản:
Số mạch nhánh song song:
2a = 2.
Sức điện động phần ứng:
E
ư
=
1
.

60
400.3
.1000.0,012 = 240 (V).
BÀI TẬP 12
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, dây quấn phần ứng dạng sóng có
số thanh dẫn N bằng 809, điện trở R
ư
=0,46

, số đôi cực p = 2, từ thông dưới
mỗi cực từ Φ = 0,055 Wb, điện áp đặt vào động cơ U = 500 V, dòng điện phụ tải
I = 100 A. Xác đònh :
a/ Tốc độ quay.
b/ Mômen quay.
Gợi ý:
Động cơ kích từ độc lập: dòng điện phần ứng không ảnh hưởng đến dòng
điện kích từ.
Mỗi cực từ khi hình thành trong dây quấn tạo ra từ thông
Φ.
Sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Mỗi vòng dây có 2 cạnh tác dụng đặt trong 2 rãnh khác nhau tạo thành 2

thanh dẫn, tương ứng theo đề bài có 809 thanh dẫn phân bố trong các
rãnh của máy điêïn.
Mômen ở trục động cơ: M
q
= k
M
.I
ư
.Φ (với hệ số mômen k
M
=
a
.
.
2
N
.
p

).
BÀI GIẢI
a/ Mạch điện tương đương của phần ứng động cơ điện một chiều:

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:
U = E
ư
+ I
ư.
R
ư

(V).
Nên sức điện động phần ứng:
E
ư
= U - I
ư.
R
ư
(V).
= 500 – 100 . 0,46 = 454 (V).
Tốc độ quay của động cơ:
Do sức điện động phần ứng: E
ư
=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Suy ra tốc độ quay: n =
.N.p
a
.
60
. E
ư
(dây quấn sóng a = 1).
n =

055,0.809.2
1.60
. 454 = 306 (vg/ph).
b/ Mômen quay của động cơ:
M
q
=
a
.
.
2
N
.
p

. I
ư
.Φ =
1.14,3.2
809.2
. 0,055.100 = 1417 (Nm).
BÀI TẬP 13
Máy phát điện một chiều có tốc độ quay không tải n
o
= 1000 vg/ph thì
sđđ phát ra E
o
bằng 222 V. Hỏi muốn phát ra sđđ đònh mức lúc không tải E
o đm
= 220 V thì tốc độ quay n

o đm
bằng bao nhiêu để dòng điện kích từ không đổi ?
Gợi ý:
Lúc không tải tốc độ quay của động cơ sơ cấp tăng đến một tốc độ ổn
đònh, lúc đó đo điện áp trên hai đầu cực của máy phát là điện áp không
tải.
Muốn dòng điện kích từ không đổi và điện áp lúc không tải là đònh mức
thì phải điều chỉnh giảm tốc độ động cơ sơ cấp.
Cần tính sđđ E trong hai trường hợp, sau đó suy ra tốc độ lúc không tải:
E

= k
E
.Φ. n. (V).
BÀI GIẢI
Sức điện động phần ứng lúc không tải như sau:
E
o
= k
E
.Φ. n
o
(V).
Và lúc không tải đònh mức phần ứng có sức điện động :
E
m
= k
E
.Φ. n
m

(V).
Lập tỉ số sức điện động giữa hai phương trình trên:

m
o
E
E
=
mE
oE
n k
n
.
.
k


=
m
o
n
n

Suy ra tốc độ không tải đònh mức của máy phát:
n
m
= n
o
.
m

o
E
E
= 1000 .
222
220
= 991 (vg/ph).
BÀI TẬP 14
Động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất đònh mức P
đm
=
5,5 kW, điện áp đònh mức U
đm
= 110 V, tổng dòng điện vào động cơ I
đm
= 58 A,
tốc độ n
đm
= 1470 vg/ph, điện trở phần ứng R
ư
= 0,15

, điện trở mạch kích từ
R
ư
= 137

, điện áp rơi trên chổi than 2

U

TX
= 2 V. Tính sđđ phần ứng và
mômen điện từ của động cơ.
Gợi ý:

Công suất đònh mức P
đm
là công suất cơ ghi trên nhãn máy động cơ.
Công thức liên hệ giữa mômen và công suất trong động cơ:
P = M .

(với

=
60
n
.
2

rad/s: tốc độ góc của trục động cơ).
Khi động cơ kéo tải đònh mức, điện áp cấp cho động cơ đúng đònh mức thì
dòng điện đònh mức hình thành trong dây quấn và tạo ra lực tương tác
điện từ hình thành mômen điện từ làm quay trục động cơ với n
đm
.
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ có kể đến điện trở tiếp xúc ở
chổi than:
E
ư
= U

đm
- I
ư
.R
ư
- 2

U
TX
.

Từ đó, ta có bài giải như sau:
BÀI GIẢI
Động cơ kích từ song song nên điện áp kích từ bằng điện áp phần ứng.
Dòng điện kích từ:
I
KT

=
KT
đm
R
U
=
137
110
= 0,8 (A).
Dòng điện phần ứng động cơ điện một chiều:
I
ư

= I
đm
- I
KT
= 58 – 0,8 = 57,2 (A).

Sức điện động phần ứng suy ra từ phương trình cân bằng điện áp:
E
ư
= U
đm
- I
ư
.R
ư
- 2

U
TX


= 110 – 57,2 . 0,15 – 2 = 99,4 (V).
Mômen điện từ của động cơ điện:
Do P = M .

= E
ư .
I
ư
Suy ra: M =


ưư
I
.
E
=
60
n.2
I
.
E
ưư


60
1470.14,3.2
2,57.4,99
= 36,9 (Nm).
BÀI TẬP 15
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có điện áp đònh mức U
đm
= 220
V, dòng điện vào động cơ I
đm
= 502 A, hiệu suất đònh mức
đm

= 0,905, điện trở
mạch kích từ song song R
KT//

= 50

, tổn hao cơ, sắt từ và tổn hao phụ là 4136
W. Tính:
a/ Công suất điện tiêu thụ, công suất đònh mức của động cơ.
b/ Tổng tổn hao trên điện trở phần ứng và trên điện trở kích từ nối
tiếp, dây quấn cực từ phụ.
Gợi ý:
Kích từ hỗn hợp: sử dụng hai cuộn dây kích từ song song và nối tiếp.
Công suất điện P
1
đặt vào động cơ không chuyển đổi hoàn toàn thành
công suất cơ mà có một phần bò tổn hao: tổn hao cơ, sắt từ, tổn hao phụ…
P
1
= U
đm
. I
đm
(W).
Công suất ghi trên nhãn máy là công suất cơ trên đầu trục:
P
đm
= P
1
.
đm

(W).
BÀI GIẢI

a/ Công suất động cơ tiêu thu làï:
P
1
= U
đm
. I
đm
= 220 . 502 = 110440 (W).
Công suất đònh mức của động cơ điện:
P
đm
= P
1
.
đm

= 110440 . 0,905 = 99948 (W).
b/ Tổn hao công suất trên điện trở kích từ song song:


P
KT//
= R
KT//
. I
2
KT
= 50 . (220/50)
2
= 968 (W).

Tổng tổn hao trong động cơ:


P

= P
1
– P
đm
= 110,44 – 99,948 = 10,492 (KW).
Tổng tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng, kích từ nối tiếp và dây
quấn cực từ phụ của động cơ điện:



P
ư,nt,cf
=

P -

P
Fe+f
-

P
KT//

= 10492 – 4136 – 968 = 5388 (W).

BÀI TẬP 16
Máy phát điện một chiều kích từ song song có số đôi cực p = 2, dây quấn
phần ứng dạng xếp đơn, số thanh dẫn tác dụng N = 500 thanh, điện trở R
ư
=
0,035

, điện trở dây quấn kích từ R
KT
= 15,5

, công suất P
đm
= 32 kW, U
đm
=
220 V, tốc độ n
đm
= 1200 vg/ph, tổn hao điện áp tiếp xúc chổi than 2

U
TX
= 2
V. Tính:
a/ Điện trở mỗi mạch nhánh song song phần ứng.
b/ Từ thông dưới mỗi cực từ.
Gợi ý:
Dây quấn xếp đơn luôn có số mạch nhánh song song 2a = 2p.
Công suất đònh mức nghi trên nhãn máy phát là công suất điện.

P
đm
= U
đm
. I
đm
(W).
Chổi than và cổ góp tiếp xúc với nhau nên tạo một điện trở tiếp xúc gây
tổn thất một phần nhỏ điện năng và phương trình cân bằng điện áp máy
phát:
U = E
ư
- I
ư
.

R
ư
- 2

U
TX

(V).
Trong đó sức điện động phần ứng:
E
ư
=
a
.

60
N
.
p
.n.Φ (n là tốc độ quay của trục).
Mỗi vòng dây có hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh khác nhau, tương ứng
có N thanh dẫn thì có N/2 vòng dây.
Quan hệ dòng điện trong máy phát kích từ song song:
I
ư
= I
KT

+ I
đm
.
Từ đó, ta có bài giải như sau:
BÀI GIẢI
1/ Dây quấn xếp đơn có số mạch nhánh song song:
2a = 2p = 4.
Do đó điện trở mỗi mạch nhánh song song gấp 4 lần điện trở dây quấn
phần ứng. R
n //
= R
ư
. 4 = 4 . 0,035 = 0.14 (

)
2/ Sức điện dộng phần ứng: E
ư

=
a
.
60
N
.
p
.n.Φ
Sơ đồ mạch điện tương đương của máy phát điện kích từ song song:

Phương trình cân bằng điện áp của máy phát một chiều:
Do U = E
ư
- I
ư
.

R
ư
- 2

U
TX

Suy ra: E
ư
= U
đm
+ I
ư

.

R
ư
+ 2

U
TX


Mặt khác: Dòng điện phần ứng là:
I
ư
= I
KT
+ I
đm
=
KT
đm
R
U
+
đm
đm
U
P

=
5,15

220
+
220
32000
= 159,6 (A).
Do đó sức điện động phần ứng:
E
ư
= 220 + 159,6.0,035 + 2 = 227,6 (V).
Vậy từ thông dưới mỗi cực từ:
Φ =
n.N.p
60.a.E
ư
=
1200
.
500
.
2
227,6.260.
= 0,022 (Wb).
BÀI TẬP 17
Một máy phát một chiều kích từ nối tiếp có dòng điện mạch ngoài I = 25
A, điện áp U = 220 V. Hiệu suất điện
đ

= 0,92. Xác đònh:
a/ Tổng trở R
ư

+ R
KT.
b/ Sức điện động phần ứng E
ư
.
Gợi ý:

Hiệu suất điện là tỷ số giữa công suất điện phát ra P
đ
ở hai cực của máy
phát và công suất điện từ P
đt
:
đ

=
đt
đ
P
P

P
đt
= E
ư
.I
ư
= (U
ư
+ I

ư
.R
ư
+ I
ư
. R
KT
).I
ư
(W).
Máy phát kích từ nối tiếp nên dòng điện mạch ngoài chính là dòng điện
kích từ.
I = I
ư
= I
KT
BÀI GIẢI

a/ Mạch điện tương đương của phần ứng máy phát điện một chiều:
E
ư
R
ư
,
U
R
KT
KT
I
ư

I
=
n

Do máy phát được kích từ nối tiếp nên:
I = I
ư
= I
KT
Hiệu suất điện của máy phát:

đ

=
KT
2
ư
2
R.IR.II.U
I
.
U


=
)RR.(2525.220
25
.
220
KTư

2

= 0,92
Từ đó suy ra tổng điện trở mạch phần ứng:
R
ư
+ R
KT
=
25.92,0
)92,01.(220

= 0,765 (

)
b/ Phương trình cân bằng điện áp máy phát điện một chiều:
Do: U = E
ư
- I
ư
.

(R
ư
+R
KT
)
Suy ra: E
ư
= U

đm
+ I
ư
.

(R
ư
+R
KT
)
= 220 + 25.(0,765) = 200,88 (V).


BÀI TẬP 18
Máy phát điện một chiều kích từ song song có công suất P
đm
= 25 kW,
n
đm
= 1800 vg/ph, điện áp U
đm
= 230 V, điện trở dây quấn phần ứng R
ư
= 0,09

,
điện áp tiếp xúc chổi than 2

U
TX

= 2 V, phản ứng phần ứng lúc đầy tải (I
ư
=
I
đm
, bỏ qua dòng điện I
t
) tương đương với dòng điện I
t
= 0,05 A. Đường cong từ
hoá với tốc độ đònh mức như sau:
I
t
,

1 1,5 2 3 4 5 6
U
o
,

134 180 209 237 256 268 279
Tính:
a/ Điện trơ ûmạch kích từ R
KT
.
b/ Điện áp không tải (khi R
KT
= const).
Gợi ý:
Đường cong từ hoá: khi dòng điện kích từ tăng tạo ra từ thông chạy

trong lõi sắt từ. Nếu dòng điện này tăng dần thì lưu lượng từ thông Φ
tăng, đến một lúc nào đó dòng điện kích từ tăng nhưng từ thông hầu như
không tăng, đó là trạng thái mạch từ bão hoà (hay lõi sắt từ đã bò từ hoá).
Tương ứng, giá trò điện áp ở hai cực máy phát cũng tăng tỷ lệ với dòng
điện từ hoá. Dựa vào đường cong từ hoá suy ra giá trò dòng điện từ hóa
trong lõi thép.
Máy phát đầy tải là trạng thái làm việc đònh mức và có phương trình cân
bằng điện áp:
E
ư
= U
đm
+ I
ư
.

R
ư
+ 2

U
TX
(V).
BÀI GIẢI
a/ Khi máy phát đầy tải:
Do P
đm
= U
đm
. I

đm

Suy ra I
đm
= I
ư
=
đm
đm
U
P
=
230
25000
= 108,7 (A).
Sức điện động phần ứng khi đầy tải:
Do E
ư
= U
đm
+ I
ư
.

R
ư
+ 2

U
TX

= 230 + 108,7.0,09 + 2 = 241,8 (V).
Dựa vào số liệu đường cong từ hoá, suy ra:
I
t
= 3,25 (A).
Để khắc phục phản ứng phần ứng, thực tế cần dòng điện có giá trò như
sau:
I
t
,
= 3,25 + 0,05 = 3,3 (A) (với

I
t
= 0,05 A)
Vậy điện trở mạch kích từ:
R
KT
=
,
t
đm
I
U
=
3,3
230
= 69,6 (


).
b/ Điện áp lúc không tải U
o
:
U
o
= R
KT
.I
t
= 69,6.I
t

Dựa vào đường đặc tính không tải máy phát suy ra:
U
o
= 247,6 V ứng với I
t
= 3,56 A.
BÀI TẬP 19
Máy phát điện một chiều kích từ song song có công suất P
đm
= 7,5 kW,
n
đm
= 1450 vg/ph, điện áp U
đm
= 230 V, điện trở dây quấn phần ứng R
ư
= 0,54


,
điện áp tiếp xúc chổi than 2

U
TX
= 2 V, điện trở mạch kích từ R
KT
= 191,7

.
Nếu máy phát sử dụng ở chế độ động cơ U = 220 V, quay với tốc độ n = 1162
vg/ph, hiệu suất

= 0,825.
a/ Xác đònh công suất điện động cơ tiêu thụ.
b/ Xác đònh công suất cơ hữu ích trên trục động cơ.
Gợi ý:
Máy phát được quay trục bằng động cơ sơ cấp và cấp nguồn kích từ.
Ngược lại nếu muốn hoạt động ở chế độ động cơ, cấp nguồn điện vào dây
quấn phần ứng và nguồn cho cuộn dây kích từ để tạo mômen quay trục
động cơ.
Công suất P
đm
là công suất điện của máy phát ghi trên nhãn máy phát,
hiệu suất

là tỷ số giữa công suất cơ của động cơ sơ cấp và công suất
điện của máy phát.
P

đm
= U
đm
. I
đm

Máy điện kích từ song song có điện áp kích từ bằng điện áp phần ứng.
Công thức quan hệ dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng:
Động cơ: I = I
KT
+ I
ư
.
Máy phát I
ư
= I
KT
+ I.
Với I là dòng điện mạch ngoài.
BÀI GIẢI
a/ Ở chế độ máy phát điện:
Dòng điện máy phát ra:
I
đm
=
đm
đm
U
P
=

230
7500
= 32,6 (A).
Dòng điện kích từ máy phát:
I
KTp
=
KT
đm
R
U
=
66,191
230
= 12 (A).
Dòng điện phần ứng máy phát:
I
ưp
= I
đmp
+ I
KTp
= 32,6 + 1,2 = 33,8 (A).

Sức điện động trên hai đầu cực của máy phát:
E
ư
= U
đm
+ I

ưp
.

R
ư
+ 2

U
TX

= 230 + 33,8.0,54 + 2 = 250,3 (V).
b/ Ở chế độ động cơ điện:
Vì từ thông Φ là không đổi, do đó sđđ tỷ lệ với tốc độ quay.
Sức điện động phần ứng của động cơ:
Do E
ư
= k
E
. Φ . n
Lập tỷ số công thức tính sđđ cho 2 chế độ động cơ và máy phát.
Suy ra biểu thức sau:
E
ưđ
= E
ư
.
p
đ
n
n

= 250,3.
1450
1162
= 200,6 (V).
Dòng điện phần ứng động cơ (dựa vào phương trình cân bằng điện áp):
I
ưđ
=
ư
ưđ
R
2
E
U


=
54,0
26,200220


= 32,2 (A).
Dòng điện động cơ tiêu thụ:
I
đ
= I
ư
+ I
KT
= 32,2 + 1,2 = 33,4 (A).

Công suất điện động cơ tiêu thụ:
P
1đ
= U. I
đ
= 220.33,4 = 7348 (W).

Công suất hữu ích của động cơ:
P
2đ
= P
1đ
.

= 7348. 0,825 = 6062 (W).


BÀI TẬP 20
Một máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp có dòng điện phụ tải I =
100 A, điện áp U = 220 V, điện trở phần ứng R
ư
= 0,08

, điện trở mạch kích từ
R
KTnt
= 0,05

, R

KT//
= 22

.
a/ Xác đònh sđđ E
ư
trong dây quấn phần ứng máy phát.
b/ Tính các tổn hao

P
ư
,

P
KTnt
,

P
KT//
.
c/ Xác đònh công suất P
2
mà máy phát đưa ra mạch ngoài và hiệu
suất điện
đ

của nó.
Gợi ý:
Kích từ hỗn hợp: bao gồm kích từ song song và nối tiếp, từ thông trong
máy là tổng của hai từ thông trên. Quan hệ dòng điện trong hai mạch

kích từ:
Kích từ nối tiếp: I
KTnt
= I.
Kích từ song song: I
ư
= I
KT//
+ I (máy phát).
Phương trình cân bằng điện áp máy phát:
E
ư
= U + I
ư
.

R
ư
+ I.R
KTnt
Hiệu suất điện của máy phát là tỷ số giữa công suất cấp cho tải và tổng
công suất của máy phát phát ra kể cả các tổn hao công suất.
Tổn hao công suất do điện trở: P = I
2
.R (W).
BÀI GIẢI
Sơ đồ mạch tương đương của phần ứng máy phát điện:

Từ sơ đồ mạch viết được phương trình:
U – I

KTnt
. R
KTnt
= I
KT//
. R
KT//
Do đó: I
KT//
=
//KT
KTnt
R
R
.
I
U

=
22
05,0.100220

= 9,78
(A).
Dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng là:
I
ư
= I
KT//
+ I = 100 + 9,78 = 109,78 (A).

Sđđ dây quấn phần ứng máy phát:
Phương trình cân bằng điện áp:
E
ư
= U + I
ư
.

R
ư
+ I.R
KTnt

= 220 + 109,78.0,08 + 100.0,05 = 234 (V).
Các dạng tổn hao công suất trong máy phát điện.