Một động cơ một chiều (k = 1 V·s/rad, Ra = 2 Ω) chạy từ 240 V. Ở đầy tải nó lấy 4 A. Bỏ qua dòng không tải, tìm độ điều chỉnh tốc độ SR = (n₀ − nFL)/nFL theo phần trăm.
V = 240 Vk = 1 V·s/radRa = 2 ΩIFL = 4 A
SR = %
4.Động cơ một chiềuKhó
Một bộ băm xung một chiều cấp cho một động cơ (k = 1,5 V·s/rad, Ra = 1,5 Ω) từ thanh cái một chiều 240 V. Điện áp phần ứng trung bình là D·240 V. Tìm chu kỳ làm việc D để động cơ chạy ở 900 rpm với tải 15 N·m.
5.Công suất xoay chiều và hệ số công suấtTrung bình
Hai tải được mắc song song vào nguồn một pha 400 V: một tải 23 kW có hệ số công suất 0,75 trễ pha và một tải 9 kW có hệ số công suất 0,8 sớm pha. Tìm hệ số công suất tổng cos φ mà nguồn nhìn thấy.
Một nguồn 230 V (hiệu dụng), 50 Hz có trở kháng trong Zs = 4 + j30 Ω. Trở kháng tải ZL có thể được chọn tự do. Tìm công suất thực lớn nhất Pmax có thể cấp cho tải.
Vs = 230 V (rms)f = 50 HzZs = 4 + j30 Ω
Pmax = W
7.Công suất ba phaTrung bình
Một động cơ cảm ứng ba pha cho công suất cơ đầu ra 37 kW khi đầy tải. Ở tải này hiệu suất của nó là 90% và hệ số công suất là 0,85 trễ. Nguồn có điện áp dây 415 V. Tìm dòng điện dây IL.
Pout = 37 kWη = 90%cos φ = 0,85VL = 415 V
IL = A
8.Công suất ba phaKhó
Một tải ba pha cân bằng lấy 60 kW với hệ số công suất 0,8 trễ từ nguồn 690 V (điện áp dây), 60 Hz. Một bộ tụ điện ba pha mắc song song với tải phải nâng hệ số công suất tổng lên 0,95 trễ. Công suất tác dụng giữ nguyên. Các tụ điện được nối tam giác (Δ). Tìm điện dung Cph của mỗi tụ theo µF.
P = 60 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
3Dung dịch
1.Bộ biến đổi DC-DC
Đáp số: IL = 23,44 A
Bộ biến đổi DC-DC: một khóa S đóng trong phần D của mỗi chu kỳ T = 1/f. Ở trạng thái xác lập, điện áp trung bình trên cuộn cảm bằng không (cân bằng volt-giây), cho các tỷ số biến đổi lý tưởng ở chế độ dẫn liên tục: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost đảo |Vo| = Vin·D/(1 − D). Một bộ biến đổi lý tưởng giữ nguyên công suất: Vin·Iin = Vo·Io. Khi S đóng, dòng cuộn cảm tăng thêm ΔIL = VL·D·T/L, với VL = Vin − Vo cho buck và Vin cho boost và buck-boost. Độ gợn đầu ra là ΔVo = ΔIL/(8fC) cho buck và Io·D/(fC) cho boost và buck-boost. Dòng cuộn cảm vừa chạm không (ranh giới CCM) khi dòng cuộn cảm trung bình bằng ΔIL/2.
Chu kỳ làm việc
D = 1 − 15/37,5 = 0,6
Dòng điện qua tải
Io = 37,5/4 = 9,375 A
Dòng cuộn cảm
IL = Io/(1 − D) = 9,375/0,4 = 23,44 A
Đáp số
IL = 23,44 A
2.Bộ biến đổi DC-DC
Đáp số: ΔVo = 27,27 mV
Bộ biến đổi DC-DC: một khóa S đóng trong phần D của mỗi chu kỳ T = 1/f. Ở trạng thái xác lập, điện áp trung bình trên cuộn cảm bằng không (cân bằng volt-giây), cho các tỷ số biến đổi lý tưởng ở chế độ dẫn liên tục: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost đảo |Vo| = Vin·D/(1 − D). Một bộ biến đổi lý tưởng giữ nguyên công suất: Vin·Iin = Vo·Io. Khi S đóng, dòng cuộn cảm tăng thêm ΔIL = VL·D·T/L, với VL = Vin − Vo cho buck và Vin cho boost và buck-boost. Độ gợn đầu ra là ΔVo = ΔIL/(8fC) cho buck và Io·D/(fC) cho boost và buck-boost. Dòng cuộn cảm vừa chạm không (ranh giới CCM) khi dòng cuộn cảm trung bình bằng ΔIL/2.
Chu kỳ làm việc
D = 12/(12 + 12) = 0,5
Dòng điện qua tải
Io = 12/2 = 6 A
Độ gợn đầu ra
ΔVo = 6·0,5/(500·10³·220·10⁻⁶) = 27,27 mV
Đáp số
ΔVo = 27,27 mV
3.Động cơ một chiều
Đáp số: SR = 3,448 %
Động cơ một chiều: phần ứng là một điện trở Ra mắc nối tiếp với sức điện động ngược E, nên V = E + Ia·Ra. Sức điện động ngược tăng theo tốc độ, E = k·ω, và mômen tăng theo dòng điện, T = k·Ia, với cùng hằng số động cơ k (V·s/rad = N·m/A) trong hệ SI. Đổi tốc độ bằng ω = 2π·n/60. Công suất phát triển là E·Ia = T·ω; công suất vào là V·Ia, và tổn thất đồng Ia²Ra cùng tổn thất quay tạo nên chênh lệch. Tốc độ giảm theo đường thẳng với mômen, ω = V/k − Ra·T/k², từ tốc độ không tải V/k đến không tại mômen hãm k·V/Ra. Khi đứng yên E = 0, nên dòng khởi động V/Ra lớn trừ khi có điện trở hạn chế nó.
Tốc độ không tải và đầy tải
n₀ = 60·240/(2π·1) = 2292 rpm
nFL = 60·(240 − 4·2)/(2π·1) = 2215 rpm
Độ điều chỉnh tốc độ
SR = (2292 − 2215)/2215·100 = 3,448 %
Đáp số
SR = 3,448 %
4.Động cơ một chiều
Đáp số: D = 65,15 %
Động cơ một chiều: phần ứng là một điện trở Ra mắc nối tiếp với sức điện động ngược E, nên V = E + Ia·Ra. Sức điện động ngược tăng theo tốc độ, E = k·ω, và mômen tăng theo dòng điện, T = k·Ia, với cùng hằng số động cơ k (V·s/rad = N·m/A) trong hệ SI. Đổi tốc độ bằng ω = 2π·n/60. Công suất phát triển là E·Ia = T·ω; công suất vào là V·Ia, và tổn thất đồng Ia²Ra cùng tổn thất quay tạo nên chênh lệch. Tốc độ giảm theo đường thẳng với mômen, ω = V/k − Ra·T/k², từ tốc độ không tải V/k đến không tại mômen hãm k·V/Ra. Khi đứng yên E = 0, nên dòng khởi động V/Ra lớn trừ khi có điện trở hạn chế nó.
Điện áp phần ứng yêu cầu
Va = 1,5·94,25 + 10·1,5 = 156,4 V
Chu kỳ làm việc
D = 156,4/240 = 65,15 %
Đáp số
D = 65,15 %
5.Công suất xoay chiều và hệ số công suất
Đáp số: cos φ = 0,921
Công suất xoay chiều: công suất biểu kiến S = V·I (VA) tách thành công suất tác dụng P = S·cos φ (W), thực hiện công có ích, và công suất phản kháng Q = S·sin φ (var), dao động qua lại giữa nguồn và tải. Hệ số công suất là cos φ. Một tụ điện mắc song song cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, nên dòng điện trên đường dây giảm với cùng công suất tác dụng.
Công suất phản kháng của mỗi tải
Tải trễ pha lấy công suất phản kháng (Q > 0); tải sớm pha cung cấp nó (Q < 0).
Q1 = 23·tan(arccos 0,75) = 20,28 kvar
Q2 = −9·tan(arccos 0,8) = −6,75 kvar
Các tổng
P = 23 + 9 = 32 kW
Q = 20,28 + (−6,75) = 13,53 kvar
S = √(32² + 13,53²) = 34,74 kVA
Hệ số công suất tổng
cos φ = P/S = 32/34,74 = 0,921 trễ pha
Đáp số
cos φ = 0,921
6.Công suất xoay chiều và hệ số công suất
Đáp số: Pmax = 3306 W
Công suất xoay chiều: công suất biểu kiến S = V·I (VA) tách thành công suất tác dụng P = S·cos φ (W), thực hiện công có ích, và công suất phản kháng Q = S·sin φ (var), dao động qua lại giữa nguồn và tải. Hệ số công suất là cos φ. Một tụ điện mắc song song cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, nên dòng điện trên đường dây giảm với cùng công suất tác dụng.
Phối hợp liên hợp
Điện kháng của tải triệt tiêu điện kháng của nguồn, và điện trở tải bằng điện trở nguồn.
ZL = Zs* = 4 − j30 Ω
Công suất cực đại
I = Vs/(2Rs) = 230/8 = 28,75 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 230²/(4·4) = 3306 W
Đáp số
Pmax = 3306 W
7.Công suất ba pha
Đáp số: IL = 67,29 A
Hệ ba pha cân bằng: trong nối sao (Y), điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, VL = √3·Vph, và dòng điện dây bằng dòng điện pha. Trong nối tam giác (Δ), điện áp dây bằng điện áp pha và dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha, IL = √3·Iph. Tổng công suất bằng ba lần công suất của một pha: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.
Công suất điện đầu vào
Pin = Pout/η = 37/0,9 = 41,11 kW
Dòng điện đường dây
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 41111/(√3·415·0,85) = 67,29 A
Đáp số
IL = 67,29 A
8.Công suất ba pha
Đáp số: Cph = 46,95 µF
Hệ ba pha cân bằng: trong nối sao (Y), điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, VL = √3·Vph, và dòng điện dây bằng dòng điện pha. Trong nối tam giác (Δ), điện áp dây bằng điện áp pha và dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha, IL = √3·Iph. Tổng công suất bằng ba lần công suất của một pha: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Bù hệ số công suất: tụ điện cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Mỗi tụ trong ba tụ cung cấp QC/3 = V²·ω·C, trong đó V là điện áp trên tụ đó: VL trong bộ nối tam giác (Δ), VL/√3 trong bộ nối sao (Y).
Công suất phản kháng trước và sau
Công suất tác dụng không đổi, nên mỗi hệ số công suất xác định công suất phản kháng: Q = P·tan φ.
Q1 = 60·tan(acos 0,8) = 60·0,75 = 45 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0,95) = 60·0,3287 = 19,72 kvar
Công suất phản kháng từ các tụ điện
QC = Q1 − Q2 = 25,28 kvar
Điện dung mỗi pha
Trong bộ nối tam giác (Δ), mỗi tụ được nối giữa hai dây pha.