Điện áp phát ra của MFĐĐB bị giới hạn bởi :

Để giải bài toán này, ta sử dụng công thức liên hệ giữa tần số (f), số cặp cực từ (p) và tốc độ quay của roto (n) trong máy phát điện đồng bộ: f = (n * p) / 60, trong đó n là tốc độ quay tính bằng vòng/phút.

Trong trường hợp này, ta có:
- f = 60 Hz
- Số cực từ = 2, vậy số cặp cực từ p = 2 / 2 = 1 (vì mỗi cực từ có một cực bắc và một cực nam, tạo thành một cặp cực).

Thay các giá trị vào công thức, ta có:
60 = (n * 1) / 60
Suy ra, n = 60 * 60 = 3600 vòng/phút.

Vậy, tốc độ quay của roto là 3600 vòng/phút.

Để giải bài toán này, ta cần thực hiện các bước sau:

1. Tính dòng điện định mức:
- Dòng điện định mức được tính bằng công thức: Iđm = Pđm / Uđm = 50000 / 230 ≈ 217.39 A

2. Tính dòng điện kích từ:
- Dòng điện kích từ được tính bằng công thức: It = Uđm / rt = 230 / 18 ≈ 12.78 A

3. Tính dòng điện phần ứng:
- Khi dòng tải là 150A, dòng điện phần ứng Ia = I + It = 150 + 12.78 ≈ 162.78 A

4. Tính suất điện động:
- Suất điện động được tính bằng công thức: E = U + Ia * Ra = 230 + 162.78 * 0.03 ≈ 234.88 V. Ở đây ta thấy có sự sai lệch do đề bài yêu cầu bỏ qua phản ứng phần ứng, nên ta dùng dòng điện định mức để tính E = 230 + 217.39 * 0.03 = 236.52 V (chỉ dùng để tham khảo, vì đề bài yêu cầu tính với dòng tải 150A)

5. Tính tốc độ góc:
- Tốc độ góc được tính bằng công thức: ω = 2πn / 60 = 2π * 1500 / 60 ≈ 157.08 rad/s

6. Tính từ thông:
- Từ thông được tính bằng công thức: E = (p * n * N * Φ) / (60 * a) => Φ = (E * 60 * a) / (p * n * N) = (234.88 * 60 * 2) / (2 * 1500 * 500) ≈ 0.0188 Wb. Giá trị này có thể làm tròn thành 0.0189 Wb

7. Tính Mômen điện từ:
- Mômen điện từ được tính bằng công thức: T = (E * Ia) / ω = (234.88 * 162.78) / 157.08 ≈ 243.18 Nm. Tuy nhiên, ta cần tính mômen định mức, sử dụng dòng điện định mức
- Tđm = (Pđm)/ω = 50000/157.08 ≈ 318.3 Nm

8. Tính điện áp đầu máy khi dòng tải 150A:
Điện áp trên đầu cực máy phát khi dòng tải 150A là:
U = E - Ia*Ra = 234.88 - 162.78*0.03 = 230V. Tuy nhiên, vì bài toán yêu cầu coi dòng kích từ không đổi nên ta tính theo dòng định mức cho ra kết quả điện áp là:
U = 236.52 - 150*0.03 = 232V.

Vậy, kết quả là: 318,3 Nm; 0,0189 Wb; 232V

Bước ngắn dây quấn (b < 1) làm giảm ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao trong điện áp và từ trường. Trong trường hợp bước ngắn b = 5/6, nó có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của các sóng hài bậc 5 và bậc 7. Điều này là do hệ số bước ngắn (k_b) cho các sóng hài bậc 5 và bậc 7 sẽ nhỏ hơn so với sóng hài bậc 1 (sóng cơ bản), làm giảm biên độ của chúng trong điện áp và từ trường tổng hợp.