Giáo trình Máy điện (Bản mới)

ứng Rư≈0Ω 
và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công 
suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: 
a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. 
b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. 
c. Tính độ thay đổi điện áp ∆U%. 
d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng 
kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. 
e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W. 
Câu 1.4. Một động cơ đồng bộ 3 pha nối Y, 3MW, 6,6kV, 50Hz, 200rpm, kích từ độc lập 
không đổi, điện kháng đồng bộ là 10Ω. 
a. Khi động cơ vận hành ở công suất định mức và có hệ số công suất 0,8 nhanh 
pha, tính: công suất biểu kiến, sức điện động cảm ứng pha và góc tải?(1,0đ) 
b. Tính công suất lớn nhất động cơ có thể kéo tải mà không mất đồng bộ? Khi 
đó tính công suất phản kháng và momen điện từ của động cơ? (1,5đ) 
c. Tính công suất phản kháng lớn nhất mà động cơ có thể phát lên tải?(0,5đ) 
Sách trang 153: 6.22, 6.26, 6.28, 6.23 
Ví dụ 6: (EX 5.8-p279) (trang 244) 
Pcơ 
Pđt P2 
Pđ Pqp Ps 
 Pkt 
P1 
Bài giảng Máy điện TB 
Chương 5: Máy điện đồng bộ 42 
================= HẾT =======================
Bài giảng Máy điện TB 
Chương 5: Máy điện đồng bộ 43 
Bài tập 1: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ 
có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện 
kháng đồng bộ 5Ω, cosϕđm = 0,9 chậm pha. 
d. Tính giá trị sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức? Tính giá trị 
công suất cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện 
động đã tính ở trên. 
e. Tính giá trị sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở hệ số công 
suất 0,8 chậm pha, cấp cho lưới 12MW và điện áp lưới là 10kV. Tính giá 
trị công suất cực đại? 
f. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở 
trên. 
Bài tập 2: Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ 
có các thông số định mức 11kV, 50Hz, 20MVA, cuộn dây stator nối Y. Điện 
kháng đồng bộ 5Ω. 
a. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải ở điều kiện định mức với 
tải có cosϕ = 0,9 chậm pha?Tính giá trị công suất tác dụng cực đại mà 
máy phát có thể cấp cho lưới với giá trị sức điện động đã tính ở trên? 
b. Tính giá trị công suất, sức điện động và góc tải nếu máy phát vận hành ở 
hệ số công suất 0,8 nhanh pha, cấp cho lưới 20MVA ở điện áp lưới định 
mức? 
c. Vẽ 2 đặc tính công suất – góc tải và chỉ ra các điểm làm việc đã tính ở 
trên? So sánh sức điện động của máy phát trong hai trường hợp trên? 
Bài tập 3: Hai máy phát đồng bộ 3 pha nối Y giống nhau vận hành ở 33kV, mỗi 
máy cung cấp 5MW cho tải 10MW, có hệ số công suất 0,8 chậm pha. Điện 
kháng đồng bộ của mỗi máy là 6Ω. Máy thứ nhất có dòng điện 125A chậm pha. 
c. Tính dòng điện và hệ số công suất của máy thứ 2? 
d. Tính góc tải và sức điện đông của cả hai máy? 
Bài tập 4: Một máy điện đồng bộ có cuộn dậy stator 3 pha, cuộn dây kích từ 
rotor và cấu trúc rotor và stator dạng hình trụ. 
a. Vẽ mạch tương đương và giản đồ pha tương ứng khi máy điện vận hành ở 
chế độ: 
i. Máy phát thừa kích từ 
ii. Máy phát thiếu kích từ 
iii. Động cơ thừa kích từ 
iv. Động cơ thiếu kích từ 
Xác định trong mỗi trường hợp chiều của công suất tác dụng và công suất phản 
kháng giữa máy điện và lưới; và xác định hệ số công suất nhanh hay chậm. 
Bài giảng Máy điện TB 
Chương 5: Máy điện đồng bộ 44 
b. Một máy phát đồng bộ 3 pha hai cực có cấu trúc rotor dạng hình trụ có 
các thông số định mức 16MVA, 10,5kV, 50Hz, cuộn dây stator nối Y. 
Điện kháng đồng bộ 13,77Ω, cosϕđm = 0,8 chậm pha. Tính giá trị sức điện 
động và góc tải khi máy phát vận hành ở điều kiện định mức? Và tính giá 
trị công suất tác dụng cực đại mà máy phát có thể cấp cho lưới, với giá 
trị sức điện động như khi vận hành ở điều kiện định mức trên. 
Bài tập 5: 
a. Một tuabin phát điện 3 pha có điện kháng đồng bộ 14Ω và cấp cho lưới công 
suất tác dụng 1,68MW với hệ số công suất chậm pha. Cuộn dây stator máy 
phát nối Y, nối với lưới 11kV và dòng điện stator là 100A. Tính hệ số công 
suất, góc tải và sức điện động cảm ứng? 
b. Một máy phát đồng bộ và một máy phát không đồng bộ nối song song 
và cấp vào lưới điện công suất tác dụng 800kW với hệ số công suất 
chung bằng 0,8 chậm pha. Biết máy phát không đồng bộ vận hành ở 
công suất 0,9 và phát công suất tác dụng 300kW vào lưới. Xác định 
hệ số công suất và công suất tác dụng máy phát đồng bộ phát lên 
lưới. 
Bài tập 6: 
Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, đấu Y, có công suất định mức 
10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện 
kháng đồng bộ Xđb = 2Ω. Biết tổn hao sắt là là 200W và tổn hao cơ là 
500W. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công suất cosϕ = 
0,8 (chậm pha), hãy xác định: 
a. Tính công suất tiêu thụ, hiệu suất và momen cơ cấp cho máy phát ở tải định 
mức? 
b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. 
c. Độ thay đổi điện áp ∆U%. 
d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết 
dòng kích từ và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. 
e. Tính moment định mức và moment cực đại để kéo máy phát. 
BT1.1: Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn, 2 cực, kích từ độc lập, dòng 
kích từ 1A, tần số 50Hz, nối Y, 12A. Bỏ qua điện trở phần ứng, điện 
kháng đồng bộ pha là 10Ω. Biết tổn hao cơ là 500W, bỏ qua tổn hao sắt. 
a. Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp định mức 380V, và 
dòng điện định mức 12A, tải có hệ số công suất cosϕ=0,8, chậm 
pha. Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc công 
suất và momen cơ kéo máy phát? (1,0đ) 
b. Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dòng điện định mức 12A, tải có 
hệ số công suất cosϕ=1. Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho 
tải Udây, góc công suất? Biết sức điện động của máy phát vẫn không 
đổi như ở câu a? (1,0đ) 
Bài giảng Máy điện TB 
Chương 5: Máy điện đồng bộ 45 
c. Với tải (có dòng điện, cosϕ như) ở câu b, tính dòng kích từ điều 
chỉnh để điện áp dây vẫn là 380V? Biết mạch từ còn tuyến tính.
 (0,5đ) 
BT1.2. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, có công suất định mức 
10KVA, điện áp định mức 380V, 50Hz, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng Rư≈0Ω 
và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định mức với hệ số công 
suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy: 
a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. 
b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. 
c. Tính độ thay đổi điện áp ∆U%. 
d. Tính công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng 
kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. 
e. Tính momen điện từ và momen kéo của máy phát biết tổn hao cơ là 500W. 
BT 1.3. Một máy phát đồng bộ ba pha cực từ ẩn đấu Y, 2 cực, có công suất định mức 
10KVA, điện áp định mức 380V, nối lưới. Trên mỗi pha có điện trở phần ứng 
Rư = 0,5Ω và điện kháng đồng bộ Xđb = 5Ω. Khi máy phát cấp điện cho tải định 
mức với hệ số công suất cosϕ = 0,8 (dòng điện chậm pha so với điện áp), hãy 
xác định: 
a. Tính công suất tiêu thụ của tải định mức. 
b. Vẽ giản đồ vector và tính sức điện động cảm ứng E, góc công suất δ. 
c. Độ thay đổi điện áp ∆U%. 
d. Công suất quá tải lớn nhất máy có thể phát được mà không mất đồng bộ, biết dòng 
kích từ không đổi và biên độ điện áp ngõ ra không đổi. 
Pcơ 
Pđt P2 
Pđ Pqp Ps 
 Pkt 
P1 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 1 
Chương 6: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
I. Tổng quan 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 2 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 3 
Nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 4 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 5 
Động cơ 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 6 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 7 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 8 
Phản ứng phần ứng – vành trượt lệch qua một bên 
Neutral Zone 
Magnetic field 
 N 
I 
B 
F 
I 
B 
 S S N 
S N 
Vị trí chổi than 
Stator và cuộn 
dây 
N 
Chổi than 
Rotor 
DC Motor 
S 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 9 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 10 
Dòng điện qua rotor đảo chiều 
Dòng điện qua stator Dòng điện qua rotor 
Động cơ DC chạy thuận Động cơ DC chạy ngược 
Động cơ DC Momen tải 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 11 
II. Phân tích máy phát một chiều 
a
pN
k
π2
= 
Eđm 
Ikt 
E 
0 
Ikt 
Rt 
U 
Rư 
 Iu 
It 
Tải 
E = k.Φkt.ω ≈ k.kkt.Ikt.ω 
Rkt 
Ukt 
 Φkt 
ω 
U 
Rư 
 Iu 
E 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 12 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 13 
II.1. Máy phát DC kích từ độc lập 
Pin 
Pcơ 
Ps≈ 0 Pth-cơ 
Pđt Pout 
 Pđ 
 Pkt 
Pin Pcơ 
Ps≈ 0 Pkt Pqp 
Pđt Pout 
 Pđ 
Iu 
U 
0 
E 
Iđm 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 14 
II.2. Máy phát DC kích từ song song 
Eđm 
Ikt 
E 
0 
Ikt 
Rt 
U 
Rư 
 Iu 
It 
Tải 
E = k.Φkt.ω ≈ k.kkt.Ikt.ω 
Rkt 
Ukt 
 Φkt 
ω 
Eđm 
Ikt 
E 
0 
Rkt1 > Rkt2 > Rkt3 
Tải 
Ikt 
Rt 
U 
Rư 
 Iu 
It 
E = k.Φkt.ω 
 ≈ k.kkt.Ikt.ω 
Rkt 
ω 
I 
U 
0 
E 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 15 
II.3. Máy phát DC kích từ hỗn hợp 
Kích từ hỗn hợp rẽ ngắn 
` 
Kích từ hỗn hợp rẽ dài 
Tải 
Ikt 
Rt 
U 
Rư 
 Iu 
It 
E = k.Φhh.ω 
Rkt 
ω 
Rs 
Tải 
Ikt 
Rt 
U 
Rư 
 Iu 
It 
E = k.Φhh.ω 
Rkt 
ω 
Rs 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 16 
Khảo sát phản ứng phần ứng: 
Ví dụ 3: Cho máy phát 100-kW, 250V, 400A, kích từ hỗ hợp cộng rẽ dài. 
Ru=0,025Ω, Rs=0,005Ω. Dòng kích từ song song là 4,7A. Cuộn kích từ 
song song có 1000vòng trên môi cực từ, cuộn kích từ nối tiếp có 3 vòng 
trên mỗi cực từ. Tốc độ máy phát là 1150RPM. Tính điện áp của máy phát 
khi cấp dòng định mức cho tải? Biết lúc thí nghiệm không tải ở tốc độ 
1200RPM, điện áp hở mạch đo được là 274V. 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 17 
Ví dụ 4: Tính lại ví dụ trên khi có xét đến phản ứng phần ứng? Tra theo 
đặc tuyến từ hình 7.14. 
Ví dụ 5: Tính lại ví dụ 4 nếu cuộn kích từ nối tiếp có 4 vòng dây và có 
điện trở là Rs=0,007Ω. 
III. Phân tích động cơ một chiều 
III.1. Động cơ DC kích từ độc lập, NCVC 
 E = k.Φkt.ω ≈ k. kkt.Ikt.ω hay 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
Rkt 
Ukt 
 ω 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 18 
kt
uu
kt k
IRU
k
E
Φ
−
=
Φ
=ω 
60
n
2
)RPM(
)s/rad( πω = 
ω
P
T = 
ωω
uudt
dt
IEP
T == 
ω
out
out
P
T = 
uktEu
ktuudt
dt IkI
kIEP
T Φ=
Φ
===
ω
ω
ωω
 uktdt IkT Φ= 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
P1 Pđien P2 
Ps≈ 0 Pkt Pđ Pth_cơ 
Pcơ Pđt 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 19 
I, Mđt 
0 
ωolt
ωo
ωđm
Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ 
ω
I, Mđt 
ω 
0 
ωolt
ωo
ωđm
Iđm I0 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 20 
III.2. Động cơ DC kích từ song song 
III.3. Động cơ DC kích từ nối tiếp 
U 
Rư 
Iu 
E 
Int 
Rnt 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
Rkt 
Ukt=U 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 21 
III.3. Động cơ DC kích từ hỗn hợp 
U 
Rư 
Iu 
E 
Int 
Rnt 
Ikt 
Rkt 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 22 
IV. Điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập 
 a) Điều khiển điện áp phần ứng: 
( ) co2
u M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω U giảm ⇒ ω giảm 
 b) Điều khiển từ thông kích từ: 
( ) co2
u M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω Φ giảm ⇒ ω tăng 

 Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông 
Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua: 
_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm. 
_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm. 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
VR 
Mcơ 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
Φ giảm 
Pmax 
ωmax 
Mmax 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt Mcơ 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
U giảm 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 23 
 c) Điều khiển điện trở phần ứng: 
( ) co2
u M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω Rư tăng ⇒ ω giảm 
Mcơ 
U giảm 
Mđm 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Φ giảm 
I 
II 
IIII 
ω 
Mcơ 
0 
Mđm 
ωđm 
Pđm 
Iưđm 
Mđm 
ωmax 
Điều khiển U Điều khiển Φ 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 24 
 d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập: 
Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 
3Iđm). Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm). 
 e) Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID: 
ndat 
 Động cơ 
+ 
u 
 _ 
 n 
 n 
PIDtốc độ e 
Iư, Mcơ 
ω 
0 
ωolt 
ωđm 
Iưđm, 
VR tăng 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
VR 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 25 
V. Đặc tính động cơ DC 
Ví dụ 1: (Ex 7.1-p371) (Vd 7.2, trang 344) 
Ví dụ 2: (Pr 7.1-p372) 
ωdat Động cơ + 
PIDdòng điện 
u 
 _ 
 ω 
 ω 
PIDtốc độ + 
 _ 
 i 
P1 Pứng P2 
Ps≈ 0 Pkt Pđ Pth_cơ 
Pcơ Pđt 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 26 
Ví dụ 3: (Ex 7.2-p372) 
Ví dụ 4: (Pr 7.2-p373) 
Ví dụ 5: (Ex 7.3-p376) (Vd 7.1, trang 336) 
Ví dụ 6: (Ex 7.4-p377) 
Ví dụ 7: (Ex 7.5-p378) 
Ví dụ 8: (Pr 7.5-p378) 
Ví dụ 9: (Ex 7.6-p381) (Vd 7.3, trang 345) 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 27 
Ví dụ 10: (Pr 7.5-p382) 
Ví dụ 11: (Ex 7.7-p383) 
Ví dụ 12: (Pr 7.6-p384) 
Ví dụ 13: (Ex 7.9-p389) 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 28 
Ví dụ 14: (Pr 7.8-p390) 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 29 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 30 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 31 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 32 
Bài giảng Kỹ Thuật 2 TB 
Chương 6: Máy điện một chiều 33 
Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều TCBinh 
Hình vẽ Chương 5: Động cơ công suất nhỏ 1 
Chương 5: ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT NHỎ 
I. Động cơ xoay chiều một pha 
II. Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu 
Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều TCBinh 
Hình vẽ Chương 5: Động cơ công suất nhỏ 2 
III. Động cơ vạn năng 
IV. Động cơ Servo DC 
V. Động cơ Servo AC 
Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều TCBinh 
Hình vẽ Chương 5: Động cơ công suất nhỏ 3 
VI. Động cơ bước 
Bài giảng: Các máy điện một chiều và xoay chiều TCBinh 
Hình vẽ Chương 5: Động cơ công suất nhỏ 4 
VII. Động cơ từ trở 
VIII. Động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC - BLDC) 
IX. Động cơ xoay chiều không chổi than (Brushless AC) 
X. Máy phát điện dùng sức gió 
A 
B 
C 
D 
A 
C 
D 
B 
Stator 
Pole Unaligned 
Position 
Flux Path 
Aligned 
Position 
Flux Path 
Rotor 
Pole