Hướng dẫn giảng viên Electric Machinery Fundamentals 4th Edition Stephen J. Chapman

Chuyên ngành

Kỹ thuật điện

Người đăng

Ẩn danh

2004

324
0
0

Phí lưu trữ

75 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về Maquinas Electricas Stephen Chapman 4ed Solucionario

Maquinas Electricas Stephen Chapman 4ed Solucionario là cuốn sách hướng dẫn giải bài tập đi kèm giáo trình Electric Machinery Fundamentals của tác giả Stephen J. Chapman, ấn bản lần thứ tư. Cuốn sách do McGraw-Hill xuất bản năm 2004, thuộc bản quyền của BAE SYSTEMS Australia. Đây là tài liệu không thể thiếu cho giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện. Solucionario cung cấp lời giải chi tiết cho toàn bộ bài tập trong giáo trình gốc. Các chương bao gồm nguyên lý máy điện, máy biến áp, điện tử công suất, máy điện xoay chiều, máy phát đồng bộ, động cơ đồng bộ, động cơ cảm ứng, nguyên lý máy điện một chiều, động cơ và máy phát DC, cùng các loại động cơ đặc biệt. Cuốn sách được thiết kế để sử dụng độc lập, giúp việc sao chép và phân phối lời giải cho mục đích giảng dạy trở nên thuận tiện hơn.

1.1. Cấu trúc nội dung của Solucionario

Solucionario được tổ chức theo từng chương tương ứng với giáo trình gốc. Mỗi chương bao gồm lời giải đầy đủ cho tất cả bài tập, từ bài tập cơ bản đến nâng cao. Phần phụ lục cung cấp kiến thức bổ sung về mạch ba pha, độ quấn dây tập trung, lý thuyết cực lồi của máy đồng bộ. Đặc biệt, cuốn sách cung cấp các tệp dữ liệu ở định dạng MATLAB MAT và ASCII cho các đường cong từ hóa, đặc tính mạch hở và đặc tính ngắn mạch. Sinh viên có thể sử dụng các tệp này để giải bài tập bằng phần mềm điện tử, hỗ trợ quá trình học tập hiệu quả.

1.2. Đặc điểm nổi bật của ấn bản thứ tư

Ấn bản thứ tư có nhiều cải tiến đáng kể so với các phiên bản trước. Điểm thay đổi quan trọng nhất là phần mở rộng tệp dữ liệu từ .mag chuyển sang .dat. Lý do là Microsoft đã sử dụng đuôi .mag cho loại bảng Access mới trong Office 2000, gây khó khăn cho việc xem và chỉnh sửa dữ liệu. Tất cả các tệp dữ liệu ở định dạng ASCII với phần bình luận ở đầu, giúp người dùng dễ dàng hiểu và thao tác. Các đường cong được trình bày rõ ràng với ít đường lưới để tránh rối mắt trong sách in, trong khi bản điện tử cung cấp đầy đủ chi tiết hơn.

II. Phân tích các vấn đề trọng tâm trong giáo trình

Giáo trình Electric Machinery Fundamentals của Stephen Chapman tập trung vào nhiều chủ đề cốt lõi của kỹ thuật máy điện. Chương đầu tiên giới thiệu nguyên lý cơ bản của máy điện, bao gồm định luật Faraday và lực điện từ. Các chương tiếp theo đi sâu vào máy biến áp, điện tử công suất và nguyên lý máy điện xoay chiều. Phần quan trọng nhất nằm ở các chương về máy phát đồng bộ, động cơ đồng bộ và động cơ cảm ứng. Người học phải nắm vững kiến thức về đường cong từ hóa, đặc tính tải và điều khiển tốc độ. Các bài tập trong solucionario đòi hỏi khả năng đọc giá trị từ đường cong đặc tính, tính toán thông số per-unit và phân tích biểu đồ pha. Việc hiểu rõ các vấn đề này là nền tảng để giải quyết các bài toán phức tạp trong thực tế kỹ thuật điện công nghiệp.

2.1. Bài tập về máy biến áp và điện tử công suất

2.2. Bài tập về máy điện xoay chiều và một chiều

III. Giải pháp và phương pháp học tập hiệu quả

Để sử dụng Maquinas Electricas Stephen Chapman 4ed Solucionario hiệu quả, người học cần áp dụng phương pháp học tập có hệ thống. Trước tiên, đọc kỹ lý thuyết trong giáo trình gốc trước khi tham khảo lời giải. Sử dụng các tệp dữ liệu điện tử để kiểm tra kết quả tính toán thủ công. Thực hành vẽ biểu đồ pha và mạch tương đương bằng tay trước khi dùng phần mềm. MATLAB là công cụ mạnh mẽ để xử lý các bài toán phức tạp, nhưng hiểu bản chất vấn đề quan trọng hơn việc chạy chương trình. Tham gia nhóm học tập để thảo luận các bài tập khó. Giải lại bài tập mà không nhìn lời giải để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức. Liên hệ giảng viên khi gặp khó khăn để được hướng dẫn kịp thời.

3.1. Sử dụng tệp dữ liệu MATLAB và ASCII

3.2. Chiến lược giải bài tập từng bước

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của giáo trình

Maquinas Electricas Stephen Chapman 4ed Solucionario là công cụ học tập toàn diện cho ngành kỹ thuật điện. Giáo trình cung cấp kiến thức từ cơ bản đến nâng cao về tất cả các loại máy điện công nghiệp. Các bài tập được thiết kế để rèn luyện kỹ năng tính toán, phân tích và tư duy kỹ thuật. Kiến thức từ giáo trình này có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Bao gồm thiết kế hệ thống điện, vận hành nhà máy phát điện, bảo trì thiết bị công nghiệp và nghiên cứu phát triển công nghệ mới. Solucionario giúp người học tự kiểm tra và cải thiện kết quả học tập. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành thông qua bài tập tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp kỹ thuật điện. Đây là tài liệu tham khảo không thể thiếu cho sinh viên và kỹ sư ngành điện.

4.1. Ứng dụng trong đào tạo kỹ thuật điện

4.2. Giá trị đối với kỹ sư hành nghề

21/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

Instructor’s Manual to accompany Chapman Electric Machinery Fundamentals Fourth Edition Stephen J. Chapman BAE SYSTEMS Australia i www.net Instructor’s Manual to accompany Electric Machinery Fundamentals, Fourth Edition Copyright  2004 McGraw-Hill, Inc. All rights reserved. Printed in the United States of America. No part of this book may be used or reproduced in any manner whatsoever without written permission, with the following exception: homework solutions may be copied for classroom use. ISBN: ??? ii www.net TABLE OF CONTENTS CHAPTER 1: INTRODUCTION TO MACHINERY PRINCIPLES 1 CHAPTER 2: TRANSFORMERS 23 CHAPTER 3: INTRODUCTION TO POWER ELECTRONICS 63 CHAPTER 4: AC MACHINERY FUNDAMENTALS 103 CHAPTER 5: SYNCHRONOUS GENERATORS 109 CHAPTER 6: SYNCHRONOUS MOTORS 149 CHAPTER 7: INDUCTION MOTORS 171 CHAPTER 8: DC MACHINERY FUNDAMENTALS 204 CHAPTER 9: DC MOTORS AND GENERATORS 214 CHAPTER 10: SINGLE-PHASE AND SPECIAL-PURPOSE MOTORS 270 APPENDIX A: REVIEW OF THREE-PHASE CIRCUITS 280 APPENDIX B: COIL PITCH AND DISTRIBUTED WINDINGS 288 APPENDIX C: SALIENT POLE THEORY OF SYNCHRONOUS MACHINES 295 APPENDIX D: ERRATA FOR ELECTRIC MACHINERY FUNDAMENTALS 4/E 301 iii www.net PREFACE TO THE INSTRUCTOR This Instructor’s Manual is intended to accompany the fourth edition of Electric Machinery Fundamentals. To make this manual easier to use, it has been made self-contained. Both the original problem statement and the problem solution are given for each problem in the book. This structure should make it easier to copy pages from the manual for posting after problems have been assigned. Many of the problems in Chapters 2, 5, 6, and 9 require that a student read one or more values from a magnetization curve. The required curves are given within the textbook, but they are shown with relatively few vertical and horizontal lines so that they will not appear too cluttered. Electronic copies of the corresponding open- circuit characteristics, short-circuit characteristics, and magnetization curves as also supplied with the book. They are supplied in two forms, as MATLAB MAT-files and as ASCII text files. Students can use these files for electronic solutions to homework problems. The ASCII files are supplied so that the information can be used with non-MATLAB software. Please note that the file extent of the magnetization curves and open-circuit characteristics have changed in this edition. In the Third Edition, I used the file extent *.mag for magnetization curves. Unfortunately, after the book was published, Microsoft appropriated that extent for a new Access table type in Office 2000. That made it hard for users to examine and modify the data in the files. In this edition, all magnetization curves, open-circuit characteristics, short-circuit characteristics, etc. use the file extent *.dat to avoid this problem. Each curve is given in ASCII format with comments at the beginning. For example, the magnetization curve in Figure P9-1 is contained in file p91_mag. Its contents are shown below: % This is the magnetization curve shown in Figure % P9-1. The first column is the field current in % amps, and the second column is the internal % generated voltage in volts at a speed of 1200 r/min. % To use this file in MATLAB, type "load p91_mag. % The data will be loaded into an N x 2 array named % "p91_mag", with the first column containing If and % the second column containing the open-circuit voltage. % MATLAB function "interp1" can be used to recover % a value from this curve.950 To use this curve in a MATLAB program, the user would include the following statements in the program: % Get the magnetization curve. Note that this curve is % defined for a speed of 1200 r/min.dat if_values = p91_mag(:,1); ea_values = p91_mag(:,2); n_0 = 1200; Unfortunately, an error occurred during the production of this book, and the values (resistances, voltages, etc.) in some end-of-chapter artwork are not the same as the values quoted in the end-of-chapter problem text. I have attached corrected pages showing each discrepancy in Appendix D of this manual. Please print these pages and distribute them to your students before assigning homework problems. (Note that this error will be corrected at the second printing, so it may not be present in your student’s books.net The solutions in this manual have been checked carefully, but inevitably some errors will have slipped through. If you locate errors which you would like to see corrected, please feel free to contact me at the address shown below, or at my email address schapman@tpgi. I greatly appreciate your input! My physical and email addresses may change from time to time, but my contact details will always be available at the book’s Web site, which is http://www.com/engcs/electrical/chapman/. I am also contemplating a homework problem refresh, with additional problems added on the book’s Web site mid- way through the life of this edition. If that feature would be useful to you, please provide me with feedback about which problems that you actually use, and the areas where you would like to have additional exercises. This information can be passed to the email address given below, or alternately via you McGraw-Hill representative. Chapman Melbourne, Australia January 4, 2004 Stephen J. Chapman 278 Orrong Road Caulfield North, VIC 3161 Australia Phone +61-3-9527-9372 vi www.net Chapter 1: Introduction to Machinery Principles 1-1. A motor’s shaft is spinning at a speed of 3000 r/min. What is the shaft speed in radians per second? SOLUTION The speed in radians per second is  1 min   2π rad  ω = ( 3000 r/min )    = 314. A flywheel with a moment of inertia of 2 kg ⋅ m2 is initially at rest. If a torque of 5 N ⋅ m (counterclockwise) is suddenly applied to the flywheel, what will be the speed of the flywheel after 5 s? Express that speed in both radians per second and revolutions per minute. SOLUTION The speed in radians per second is: τ  5 N ⋅m ω =α t =   t = ( 5 s ) = 12.5 rad/s J  2 kg ⋅ m 2  The speed in revolutions per minute is:  1 r   60 s  n = (12.4 r/min  2π rad   1 min  1-3. A force of 5 N is applied to a cylinder, as shown in Figure P1-1. What are the magnitude and direction of the torque produced on the cylinder? What is the angular acceleration α of the cylinder? SOLUTION The magnitude and the direction of the torque on this cylinder is: τ ind = rF sin θ , CCW τ ind = ( 0.25 N ⋅ m, CCW The resulting angular acceleration is: τ 1. A motor is supplying 60 N ⋅ m of torque to its load. If the motor’s shaft is turning at 1800 r/min, what is the mechanical power supplied to the load in watts? In horsepower? SOLUTION The mechanical power supplied to the load is 1 min 2π rad P = τω = ( 60 N ⋅ m )(1800 r/min ) = 11,310 W 60 s 1r 1 www. A ferromagnetic core is shown in Figure P1-2. The depth of the core is 5 cm. The other dimensions of the core are as shown in the figure. Find the value of the current that will produce a flux of 0. With this current, what is the flux density at the top of the core? What is the flux density at the right side of the core? Assume that the relative permeability of the core is 1000. SOLUTION There are three regions in this core. The top and bottom form one region, the left side forms a second region, and the right side forms a third region. If we assume that the mean path length of the flux is in the center of each leg of the core, and if we ignore spreading at the corners of the core, then the path lengths are l1 = 2(27.5 cm) = 55 cm, l 2 = 30 cm, and l3 = 30 cm. The reluctances of these regions are: l l 0.05 m ) −7 The total reluctance is thus RTOT = R1 + R2 + R3 = 58.6 kA ⋅ t/Wb and the magnetomotive force required to produce a flux of 0.6 kA ⋅ t/Wb ) = 1008 A ⋅ t and the required current is F 1008 A ⋅ t i= = = 2.52 A N 400 t The flux density on the top of the core is φ 0.net The flux density on the right side of the core is φ 0. A ferromagnetic core with a relative permeability of 1500 is shown in Figure P1-3. The dimensions are as shown in the diagram, and the depth of the core is 7 cm. The air gaps on the left and right sides of the core are 0. Because of fringing effects, the effective area of the air gaps is 5 percent larger than their physical size. If there are 4001 turns in the coil wrapped around the center leg of the core and if the current in the coil is 1.0 A, what is the flux in each of the left, center, and right legs of the core? What is the flux density in each air gap? SOLUTION This core can be divided up into five regions. Let R1 be the reluctance of the left-hand portion of the core, R2 be the reluctance of the left-hand air gap, R3 be the reluctance of the right-hand portion of the core, R4 be the reluctance of the right-hand air gap, and R5 be the reluctance of the center leg of the core. Then the total reluctance of the core is RTOT = R5 + ( R1 + R2 ) ( R3 + R4 ) R1 + R2 + R3 + R4 l1 1.07 m ) −7 The total reluctance is 1 In the first printing, this value was given incorrectly as 300.3 The total flux in the core is equal to the flux in the center leg: φcenter = φTOT = F = (400 t )(1.8 kA ⋅ t/Wb The fluxes in the left and right legs can be found by the “flux divider rule”, which is analogous to the current divider rule.3 The flux density in the air gaps can be determined from the equation φ = BA : φleft 0. A two-legged core is shown in Figure P1-4. The winding on the left leg of the core (N1) has 400 turns, and the winding on the right (N2) has 300 turns. The coils are wound in the directions shown in the figure. If the dimensions are as shown, then what flux would be produced by currents i1 = 0.75 A? Assume µ r = 1000 and constant.net SOLUTION The two coils on this core are would so that their magnetomotive forces are additive, so the total magnetomotive force on this core is FTOT = N1i1 + N 2i2 = ( 400 t )( 0.75 A ) = 425 A ⋅ t The total reluctance in the core is l 2.15 m ) −7 and the flux in the core is: FTOT 425 A ⋅ t φ= = = 0. A core with three legs is shown in Figure P1-5. Its depth is 5 cm, and there are 200 turns on the leftmost leg. The relative permeability of the core can be assumed to be 1500 and constant. What flux exists in each of the three legs of the core? What is the flux density in each of the legs? Assume a 4% increase in the effective area of the air gap due to fringing effects. SOLUTION This core can be divided up into four regions. Let R1 be the reluctance of the left-hand portion of the core, R2 be the reluctance of the center leg of the core, R3 be the reluctance of the center air gap, and R4 be the reluctance of the right-hand portion of the core.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ