Tut3 Answer _DC Generator_ manual

EET306 Electrical Machine    

Tutorial 3. DC Generator (Answer)  1) Sketch the main component of a dc generator.  Answer 

 

 

2) Show use of the Faraday’s law at generator. Give two samples the other application.  Answer 

    3) Show a concept model of electro mechanical systems that occur in the generator.  Answer   

  DM_2011   

Page 1 

EET306 Electrical Machine    

4) Show the basic electrical machine difference between generator and motor.  Answer 

 

 

5) Explain why the brushes of a DC machine always placed at the neutral points?  Answer  Because no current flow through brush and can reduce loss at the brush.    6) Described the construction of a commutator.  Answer 

Mica   

Carbon brush 

    7) Explain how the induced voltage of a separately excited DC generator affected if   a. The speed increases?   Answer 

b. The exciting current reduced?  Answer   

DM_2011   

 

Page 2 

EET306 Electrical Machine    

  8) Explain how do we adjust the voltage of a shunt generator?  Answer 

 

      9) The terminal voltage of shunt generator decreases with increasing load. Explain.  Answer 

  DM_2011   

 

Page 3 

EET306 Electrical Machine     10) Explain why the output voltage of an over‐compound generator increases as the load increases.  Answer 

    11) Explain the difference between shunt, compound, and differential compound generators  a. As to construction  b. As to electrical properties  Answer 

  DM_2011   

Page 4 

EET306 Electrical Machine     12) A  separate  excited  DC  generator  turning  at  1400  r/min  produces  an  induced  voltage  of  127V.  The armature resistance is 2 Ohm and the machine delivers a current of 12 A.   Calculate:  (a). the terminal voltage [v]   Answer  V – E – IaRa = 127 – (12)(2) = 103 V                (b). the heat dissipated in the armature [w]  Answer  P= Ia2 Ra = (12)2 (2) = 288 W    (c). the breaking torque exerted by the armature [N‐m].  Answer  T = 9.55 E x I / n = 9.55 x 127 x 12 / 1400 = 10.4 N‐m  [ 103V; 288W; 10.4N‐m]        13) A separately excited DC generator produces a no‐load voltage of 115V. What happens if  a. the speed is increases 20%?  Answer  n2 = (1+0.2)n1  E1 / E2 = n1 / n2  E2 = (n2 / n1) x E1  E2 = (1.2 n1 /n1) x 115 V = 138 V    b. the direction of rotating is reversed?  Answer   The polarity of output terminal will reversed.    c.  the exciting current is increased by 10 percent?  Answer  E = cnф ‐Æ ф≈ If  If2 = (1 +0.1) If1  E1 / E2 = If1 / If2  E2 = (If2 / If1) x E1  E2 = (1.1If1/ If1) x E1  E2 = 1.1 E1  So The induced voltage will be increases 10 % from first induction.    d. the polarity of the field is reversed?  Answer   The polarity of the terminal output of generator will be reversed too.  [ ENL= 138V]     

DM_2011   

Page 5 

EET306 Electrical Machine     14) Each  pole  of  a  100  kW,  250  V  flat‐compound  generator  has  a  shunt  field  of  2000  turns  and  a  series field of 7 turns If the total shunt – field resistance is 100 Ohm, calculate the mmf when  the machine operates at rated voltage.  a. at no‐load  b. at full‐load  [5000A; 7800A] 

                                 

DM_2011   

 

Page 6 

EET306 Electrical Machine     15) Fig. 1 show the no‐load saturation curve of a separately excited DC generator when it revolves  at 1500 r/min. Calculate the exciting current needed to generate 120 V at 1330 r/min.  Answer    [2A] 

 

Fig. 1 Saturation curve of DC generator 

 

  16) Referring  to  Fig.  2,  the  induced  voltage  in  coil  D  is  momentarily  18  V,  in  the  position  shown.  Calculate the voltage induced in coils A, B and C at the same instant.  [A=18V; B = 18V; C = 18V] 

Fig. 2 

 

Answer 

DM_2011   

Page 7 

EET306 Electrical Machine    

 

 

17) Referring to Fig.3, calculate the voltage induced in coils A when the armature has rotated by 90o;  by 120o.  [20V; 18V] 

  Fig. 3  Answer 

   

DM_2011   

Page 8 

EET306 Electrical Machine     18) Brush x is positive with respect to brush y in Fig. 3. Show the polarity of each of 12 coils. Does  the polarity reverse when a coil turns through 180o?  Answer 

    19) The generator of Fig 4 revolves at 960 r/min and the flux per pole is 20 mWb. Calculate the no‐ load armature voltage if each armature coil has 6 turns.  [ 276.5V] 

   Fig. 4  Answer 

  DM_2011   

Page 9 

EET306 Electrical Machine       20) a.  How many brush sets are needed for the generator in Fig. 4?  b. If the machine delivers a total load current of 1800 A, calculate the current flowing in each  armature coil.  [12 brush sets; 150A]  Answer 

    21) The voltage between brushes x and y is 240 V in the generator shown in Fig. 4. Why can we say  that the voltage between segments 3 and 4 must be greater than 40 V?   Answer 

    22) Referring to Fig. 2, determine the polarity of Exy when the armature turns counter clockwise.  Answer 

    23) a.  In Fig.4 determine the polarity of a E34 between comutator segments 3 and 4, knowing        that the armature is turning clockwise.   b.  At the same instant, what is the polarity of segment 35 with respect to segment 34?  Answer 

  24) A 4‐pole 250 kW, 750 V DC generator has a lap winding on the armature.   Calculate   a. the full‐load current of the generator   b. the current carried by the armature coils.  Answer 

DM_2011   

Page 10 

EET306 Electrical Machine    

    25) A 240 kW, 500 V 1750 r/min separately excited DC generator has an overall efficiency of 94%.  The  shunt  field  resistance  is  60  ohms  and  the  rated  current  is  5A.  The  I2R  loss  in  armature  is  0.023 pu.   Calculate   a. the rated armature current   b. the total losses in the machine   c. the I2R losses in the machine   d.  the  torque  required  to  drive  the  generator  at  1750  r/min.  (The  shunt  field  is  powered  by  a  separate source.)  Answer 

      26) A 4‐pole DC generator delivers a current of 218 A. The average brush voltage drop on each of  the four brush sets is found to be 0.6V. Calculate the total brush loss in the machine, neglecting  friction loss.   Answer   

DM_2011   

 

Page 11