Cấu tạo của máy điện một chiều gồm có:

Sơ đồ kích từ trong hình vẽ cho thấy cuộn dây kích từ mắc song song với mạch phần ứng. Đây là đặc điểm của sơ đồ kích từ song song.

Phương trình cân bằng điện áp cho máy phát điện một chiều thể hiện mối quan hệ giữa điện áp đầu cực (U), suất điện động phần ứng (Eư) và điện áp rơi trên điện trở phần ứng (IưRư). Điện áp đầu cực sẽ bằng suất điện động phần ứng trừ đi điện áp rơi trên điện trở phần ứng. Do đó, phương trình đúng là U = Eư – IưRư.

Để giải bài này, ta cần tính tổng trở kháng của mạch và sau đó tính dòng điện. Từ dòng điện, ta có thể tính công suất phản kháng trên các phần tử L và C.

1. Tính toán các thông số mạch:
- \(\omega = 25\) rad/s
- \(Z_L = j\omega L = j * 25 * 0.24 = j6\) Ω
- \(Z_C = \frac{1}{j\omega C} = \frac{1}{j * 25 * 0.01} = -j4\) Ω

2. Tính điện áp tổng:
- Đổi các điện áp về dạng phức:
- \(E_1 = 35\sqrt{2} \angle 0°\)
- \(E_2 = 30\sqrt{2} \angle 90°\)
- \(E_3 = 40\sqrt{2} \angle 90°\)
- Tổng điện áp \(E = E_1 + E_2 + E_3 = 35\sqrt{2} \angle 0° + 70\sqrt{2} \angle 90°\)

Điện áp này không cần thiết cho việc tính công suất phản kháng tiêu thụ trên tải.

3. Tính tổng trở của mạch:
- \(Z = R_1 + R_2 + Z_L + Z_C = 7 + 6 + j6 - j4 = 13 + j2\) Ω

Ở đây, ta thấy rằng việc tính điện áp tổng không cần thiết, mà chỉ cần tính dòng điện qua mạch để tính công suất phản kháng trên L và C.

Nhưng vì đề bài chỉ hỏi công suất phản kháng trên TẢI (L và C), và không cho biết dòng điện chạy qua các phần tử, chúng ta sẽ tính công suất phản kháng trên từng phần tử và cộng lại.

Vì mạch chỉ có 1 dòng điện chạy qua, ta cần phải tìm dòng điện này.

Dòng điện \(I = \frac{E}{Z} = \frac{35\sqrt{2} + j70\sqrt{2}}{13 + j2}\), đây là cách tính không đúng vì các nguồn điện áp không nối tiếp trực tiếp như vậy.

Cách làm đúng là tính công suất phản kháng của L và C:
- \(Q_L = I^2 X_L\)
- \(Q_C = I^2 X_C\)

Nhưng không có đủ thông tin để tính dòng điện I. Do đó, chúng ta không thể tính được công suất phản kháng một cách chính xác.

Tuy nhiên, nếu chúng ta coi các nguồn áp là song song và điện áp trên mạch là kết quả của sự chồng chập, ta có thể suy luận như sau:

Công suất phản kháng của cuộn cảm là dương, còn của tụ điện là âm.
\(Q = Q_L + Q_C\). Vì \(X_L = 6\) và \(X_C = -4\), công suất phản kháng tổng sẽ dương nếu dòng điện hiệu dụng đủ lớn.

Không có đủ dữ kiện để tính toán chính xác, nên ta không thể xác định đáp án đúng.

Tuy nhiên, giả sử đề bài cho dòng điện I, công suất phản kháng tổng tiêu thụ trên tải sẽ là \(Q = I^2 (X_L + X_C) = I^2 (6 - 4) = 2I^2\).

Trong trường hợp này, chúng ta không thể xác định câu trả lời chính xác vì thiếu thông tin về dòng điện trong mạch. Do đó, cần xem lại đề bài và các giá trị đã cho.

Do không thể tính toán chính xác với dữ liệu hiện có, tôi không thể xác định đáp án đúng.

Để tìm hệ số công suất (HSCS) nhìn từ phía sơ cấp trong thí nghiệm không tải, ta sử dụng công thức: cos(φ) = P / (U * I), trong đó P là công suất tác dụng, U là điện áp, và I là dòng điện.

Trong thí nghiệm không tải, ta có:
- P₀ = 25 W
- U₁ = 220 V
- I₁ = 0,2 A

Vậy, cos(φ) = 25 / (220 * 0,2) = 25 / 44 ≈ 0,568. Tuy nhiên, đây là hệ số công suất trong thí nghiệm không tải. Đề bài yêu cầu tính hệ số công suất nhìn từ phía sơ cấp của biến áp, ta cần xem xét thí nghiệm ngắn mạch để có thông tin chính xác hơn về tổng trở.

Trong thí nghiệm ngắn mạch, ta có:
- Pₙ = 40 W
- U₁ₙ = 16,5 V
- I₁ₙ = 6,8 A

Công suất biểu kiến S = U₁ₙ * I₁ₙ = 16,5 * 6,8 = 112,2 VA
Hệ số công suất cos(φ) = Pₙ / S = 40 / 112,2 ≈ 0,357

Tuy nhiên, các đáp án đưa ra đều lớn hơn nhiều so với kết quả tính toán. Có lẽ đề bài hoặc các số liệu thí nghiệm có vấn đề. Nếu đề bài muốn hỏi hệ số công suất khi biến áp hoạt động gần đầy tải thì ta có thể ước lượng dựa trên công suất định mức.

Vì không có đáp án nào phù hợp với các tính toán trên, ta cần xem xét lại đề bài và các giả thiết. Trong trường hợp này, ta chọn đáp án gần đúng nhất với các biến áp thông thường, là 0,84.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây chỉ là một ước lượng và không dựa trên các tính toán chính xác từ số liệu đề bài đã cho. Các số liệu thí nghiệm có thể không đầy đủ để tính toán chính xác hệ số công suất trong điều kiện vận hành cụ thể.

Để tính công suất điện từ cấp vào rotor, ta cần thực hiện các bước sau:

1. Tính điện áp pha (U_p):
Vì động cơ đấu Y, điện áp pha bằng điện áp dây chia cho căn bậc hai của 3.
U_p = U_d / √3 = 220 / √3 ≈ 127,02 V

2. Tính dòng điện stator (I₁):
Để tính dòng điện stator, ta cần tính tổng trở của mạch điện. Do Rc = ∞, ta bỏ qua nhánh này.
Tổng trở Z = R₁ + jX_n + (jX_m * (R'₂/s + j0))/(jX_m + R'₂/s + j0), trong đó s là hệ số trượt.
Tuy nhiên, để đơn giản, ta coi mạch điện chỉ có R1, R'2 và Xn mắc nối tiếp để tính I1 gần đúng, bỏ qua ảnh hưởng của Xm và trượt s=0 (coi như không tải).
Tổng trở gần đúng: Z ≈ R₁ + R'₂ + jX_n = 0.3 + 0.15 + j0.72 = 0.45 + j0.72 (Ω)
|Z| = √(0.45² + 0.72²) = √(0.2025 + 0.5184) = √0.7209 ≈ 0.849 Ω
I₁ ≈ U_p / |Z| = 127.02 / 0.849 ≈ 149.61 A

3. Tính công suất đầu vào (P_in):
P_in = 3 * U_p * I₁ * cos(φ)
Trong đó cos(φ) = R/Z = 0.45/0.849 = 0.53
P_in = 3 * 127.02 * 149.61 * 0.53 = 30178.5 W

4. Tính công suất trên điện trở R1 (P_R1):
P_R1 = 3 * I₁² * R₁ = 3 * (149.61)² * 0.3 = 20108.9 W

5. Tính công suất điện từ (P_em):
P_em = P_in - P_R1 = 30178.5 - 20108.9 = 10069.6 W ≈ 10.07 kW

Tuy nhiên, cách tính gần đúng ở trên bỏ qua Xm và độ trượt s, do đó kết quả có thể sai lệch lớn. Cách tính chính xác hơn như sau:
Ta có thể tính công suất điện từ bằng công thức sau khi biết dòng rotor quy đổi I'2:
P_em = 3 * (I'2)² * (R'2/s)
Để tính chính xác I'2 và s, ta cần giải mạch điện phức tạp hơn, điều này vượt quá phạm vi của câu hỏi trắc nghiệm.
Thay vào đó, ta sử dụng một cách tiếp cận gần đúng hơn. Chú ý rằng công suất cơ đầu ra của động cơ là 10 hp = 10 * 746 = 7460 W. Công suất điện từ lớn hơn công suất cơ đầu ra một chút, do có tổn hao trên rotor. Các đáp án không có giá trị nào gần 10kW. Vì vậy ta xem lại các đáp án để tìm ra một đáp án hợp lý hơn.

Sai số trong đề bài: Đề bài không cho biết hệ số trượt s, nên không thể tính chính xác được công suất điện từ. Do đó, ta chỉ có thể chọn đáp án gần đúng nhất.

Vì vậy, không có đáp án chính xác trong các lựa chọn đã cho.