Đề thi Cuối học kỳ 1 môn Truyền động điện - Năm học 2016-2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ THI CUỐI KỲ HK I - NĂM HỌC 2016-2017	 
Môn: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mã môn học: ETDR336429
Đề số/Mã đề: ......01........	Đề thi có ......02......trang.
Thời gian: 75 phút.
Được phép sử dụng công thức ghi trong 01 tờ A4.
Câu 1: (3 điểm) 
	Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số sau: 
	Pđm = 19,8kW; Uđm = 220V; Iđm = 125A; nđm = 2500v/p
a. Thiết lập phương trình và tìm độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên
b. Xác định tốc độ làm việc ổn định khi tải Mc = 0.7Mđm 
c. Tính giá trị dòng mở máy nhân tạo của động cơ khi thêm Rf = 1,5W vào mạch phần ứng 
d. Khi động cơ đang làm việc ở chế độ định mức, tiến hành hãm ngược bằng cách đảo chiều cực tính điện áp, tính điện trở phụ Rfh để mômen hãm ban đầu có |Mhbđ| = 3Mđm.
Câu 2: (4 điểm) 
	Cho động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn có các thông số sau: Uđm = 230V (nối tam giác); Pđm = 75kW; lm = 2,4; nđm = 900v/p; E2đm = 185V; I2đm = 15A; f = 50Hz; p = 3.
a. Tính wđm, sđm, Mđm, sthTN, MthTN và momen khởi động trực tiếp của động cơ Mkđ
b. Xác định tốc độ động cơ khi làm việc ổn định trên đặc tính cơ tự nhiên với tải thế năng hằng số Mc = 0,9Mđm. 
c. Khi động cơ đang làm việc ổn định ở câu b, muốn hạ tải thế năng ở câu b) xuống với tốc độ nhạ = 200v/p. Tính giá trị điện trở phụ Rfh cần đưa thêm vào mạch roto (phương pháp hãm ngược bằng điện trở phụ).
d. Động cơ đang làm việc ở câu b thì điện áp đột ngột giảm đi 1,2 lần. Tính Mth mới và tốc độ ổn định mới của động cơ.
Câu 3: (3 điểm) 
	a. Trình bày các phương pháp hãm động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b. Giải thích sự khác biệt giữa chế độ hãm ngược bằng cách đổi thứ tự pha so với thêm điện trở phụ vào mạch roto của động cơ không đồng bộ 3 pha 
c. Viết phương trình đặc tính động cơ điện một chiều kích từ song song
Ghi chú: Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi.
Chuẩn đầu ra của học phần (về kiến thức)
Nội dung kiểm tra
[CĐR 1.3]: Thiết kế được bộ điều khiển cho những hệ thống cơ – điện có sử dụng động cơ điện, khí cụ điện 
Câu 1, 2
[CĐR 2.1]: Mô hình hóa đặc tính cơ điện của một số loại động cơ 
Câu 1, 2, 3 
[CĐR 2.2]: Trình bày được nguyên lý cấu tạo, hoạt động của các loại động cơ điện
Câu 3a,b
[CĐR 3.1]: Có khả năng tự tìm kiếm tài liệu, tự nghiên cứu và trình bày các nội dung chuyên ngành
Câu 3c
Ngày 15 tháng 12 năm 2016
Thông qua Trưởng Bộ môn
(ký và ghi rõ họ tên)
ĐÁP ÁN
Câu 1: (3đ)
a, (1đ) Từ các thông số đã cho ta tính được:
wđm = 2500/9,55 = 261,78 rad/s
Mđm = 19800/261,78 = 75,64 Nm
KFđm = Mđm/Iđm = 75,64/125 = 0,6 Wb
Theo phương trình đặc tính ta có: 
wđm = Uđm/ KFđm – Rư/(KFđm)2.Mđm
Suy ra: Rư = [220.0,6 – 261,78.(0,6)2]/75.64 = 0,5 W
Suy ra phương trình đặc tính:
w = 220/0,6 – 0,5/(0,62).M 
hay w = 366,67 – 1,39M
Do đó độ cứng đặc tính cơ tự nhiên b = dM/dw = – 1/1,39 = – 0,72. 
b, (0.5đ) Khi Mc = 0.7Mđm, thế vào phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta có:
w = 366,67 – 1,39.0,7.75,64 = 293,07 rad/s
Hay n = 2798,84 v/p
c, (0.5đ) Khi thêm điện trở phụ Rf = 1,5W vào mạch phần ứng, phương trình đặc tính cơ nhân tạo thu được là:
w = 220/0,6 – [0,5+1,5]/(0,62).M
Hay w = 366,67 – 5,55M
Khi khởi động, w = 0, thì Mkđ = 366,67/5,55 = 66,07 Nm
d, (1đ) Khi đảo chiều cực tính điện áp, U = – Uđm = – 220V, thế vào phương trình đặc tính cơ nhân tạo với Rfh ta có:
whđ = – 220/0,6 – (0,5+Rfh)/(0,62).Mhbđ
Trong đó: 
Mhbđ = – 3Mđm = – 226,92 Nm
whđ = wđm = 261,78 rad/s
Suy ra: Rfh = [220.0,6 + 261,78.(0,6)2]/226,92 – 0,5 = 0,5 W
Câu 2: (4đ)
a, (1đ) Từ các thông số động cơ đã cho, ta tính được:
w1 = 2pf/p = 2.3,14.50/3 = 104,67 rad/s
wđm = nđm/9,55 = 900/9,55 = 94,24 rad/s
sđm = (104,67 – 94,24)/104,67 = 0,1
sthTN = sđm(lm + (lm2 – 1)1/2) = 0,1.[2,4 + (2,42 – 1)1/2] = 0,45
Mđm = Pđm/wđm = 75000/94,24 = 795,84 Nm
MthTN = Mth = Mđm. lm = 795,84.2,4 = 1910,02 Nm
b, (1đ) Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ có dạng (coi R1 » 0):
M = 2Mth/(s/sthTN + sthTN/s)
Thế vào ta có: 
0,9.795,84 = 2.1910,02/(s/0,45 + 0,45/s)
Giải ra được: s = 0,088 (nhận) hoặc s = 2.312 (loại)
Suy ra tốc độ động cơ khi đó là w = w1(1 – s) = 104,67.(1 – 0,088) = 95,46 rad/s hay n = 911,63v/p.
c, (1đ) Khi muốn hạ tải thế năng Mc = 0,9Mđm với tốc độ n = – 200v/p hay w = – 200/9,55 = – 20,94 tức là khi đó độ trượt:
s = (w1 – w)/w1 = (104,67 + 20,94)/104,67 = 1,2
Thế vào phương trình đặc tính cơ nhân tạo của động cơ khi có thêm điện trở phụ ta có:
0,9Mđm = 2Mth/(s/sthNT + sthNT/s)
Hay 0,9.795,84 = 2.1910,02(1,2/ sthNT + sthNT/1,2)
Giải ra được sthNT = 6,166 (nhận) hoặc sthNT = 0,234 (loại)
Mặt khác, R2 = (E2đm.sđm)/(Iđm.31/2) = 185.0,1/15.31/2 = 0,71 W
Vì sthNT/sthTN = (R2 + Rfh)/R2, do đó:
Rfh = R2(sthNT/sthTN – 1) = 0,71.(6.166/0,45 – 1) = 9,02 W
d, (1đ) Khi điện áp đột ngột giảm đi 1,2 lần thì Mth sẽ giảm đi 1,22 = 1,44 lần vì Mth tỷ lệ với bình phương điện áp.
Do đó giá trị Mth mới sẽ là: 
Mth = MthTN/1,44 = 1910,02/1,44 = 1326,40 Nm
sth = sthTN = 0,45
Đặc tính cơ mới sẽ là:
0,9.795,84 = 2.1326,40/(s/0,45 + 0,45/s)
Giải tìm được s = 0,133 (nhận) hoặc s = 1.527 (loại)
Suy ra tốc độ động cơ khi đó là w = w1(1 – s) = 104,67.(1 – 0,133) = 90,75 rad/s hay n = 866,65v/p.
Câu 3: (3đ)
a, (1đ) Trình bày được 4 phương pháp hãm: không tải, động năng (kích từ độc lập và kích từ nối tiếp), ngược (đảo chiều cực tính điện áp và thêm điện trở phụ) và tái sinh 
b, (1đ) Trình bày được:	
Đổi thứ tự pha dẫn đến việc đảo chiều từ trường quay, kéo theo đảo chiều mômen và do đó điện năng được đưa vào để hãm ngược động cơ đang chuyển động theo quán tính cũ. Tốc độ động cơ sẽ giảm dần sau đó đảo chiều. Nếu tải là dạng thế năng thì động cơ sẽ chuyển đến trạng thái hãm tái sinh với tốc độ làm việc vượt hơn tốc độ đồng bộ. (0,5đ)
Phương pháp đưa thêm điện trở phụ vào mạch roto thực chất là khiến cho tổn thất trong động cơ tăng lên và phần điện năng cấp cho động cơ để mang tải bị suy giảm mạnh và trở nên yếu hơn mômen cản dẫn đến việc động cơ bị mômen cản kéo giảm dần tốc độ và đảo chiều quay. Nếu tải là dạng thế năng, động cơ sẽ làm việc ở giá trị tốc độ ổn định mới theo chiều ngược lại (hạ tải) và nhỏ hơn giá trị tốc độ đồng bộ. (0,5đ)
c, (1đ) Trình bày được: 
Hệ phương trình vật lý (cơ – điện) của động cơ. (0,5đ)
Rút ra phương trình đặc tính và có nhận xét về đặc tính cơ ở 2 vùng giá trị nguồn cung cấp. (0,5đ)