|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Задача 1 (Трансформаторы)Стр 1 из 2Следующая ⇒
Титульный лист Н.В. Белянцева Задание по дисциплине «Электрические машины» Направление подготовки 140400Электроэнергетика и электротехника Профили подготовки 7 – Электроснабжение 10 – Электропривод и автоматика Орск 2013
Рецензент кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизированный электропривод» ОГУ Греков Э. Л.
Контрольные задания дисциплины «Электрические машины» /сост.Н.В. Белянцева. – Орск: ОГТИ, 2013. −32 с.
Контрольные задания предназначены для решения задач по дисциплине «Электрические машины» профессионального цикла студентами очной, заочной, заочной сокращенной формы обучения по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника. Студенты дневной формы обучения изучают дисциплину в 4 семестре, заочной формы – на 3-м курсе, а заочной сокращенной – на 2 курсе.
Составитель ____________________ Н.В. Белянцева
19.02.2013г.
Содержание
Уровень развития цивилизации во многом определяется количеством энергии, используемой человеком. В настоящее время в наиболее развитых странах на одного человека приходится свыше 10 кВт энергии всех видов. Электрическая энергия среди них составляет наибольшую долю. Это обусловлено замечательными достоинствами электрической энергии перед другими видами энергий:
Потребность в электроэнергии непрерывно растет, особенно в настоящий период в связи с ростом автоматизации и созданием технологических процессов, непосредственно использующих электрическую энергию. Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях из энергии органического или ядерного топлива либо энергии движущейся воды и ветра. При помощи паровых, гидравлических или другого рода турбин эти виды энергии преобразуются в механическую энергию вращения, которая затем в электрической машине, называемой генератором, преобразуется в электрическую энергию. При использовании электрической энергии часто требуется ее преобразование в механическую (привод станков, механизмов, колес и т.п.). Такое преобразование также осуществляется при помощи электрических машин, называемых двигателями. Передача электрической энергии от мест производства (электрические станции) к местам потребления (узлы нагрузки) осуществляется посредством электрических сетей, основным элементом которых является линия электропередачи (ЛЭП). Экономичность передачи электрической энергии тем выше, чем выше напряжение на линии. Генераторы и двигатели выполнять на большие напряжения нерационально. Обычный уровень напряжения мощных электрических машин составляет 10-20 кВ, а машины массового применения имеют напряжение 380 В, в то время как напряжение на линиях электропередачи достигает 1150 кВ. Поэтому между генераторами на электростанциях и потребителями в узлах нагрузки происходит дополнительное преобразование электрической энергии с целью повышения напряжения, а затем обратного его снижения. Такое преобразование осуществляется с помощью трансформаторов. Во всех системах большой или малой мощности, где используются электрические машины, их рабочие свойства во многом определяют поведение и свойства этих систем. Поэтому знание основ теории электрических машин необходимо каждому специалисту, работающему в любой из сфер производства, распределения или потребления электрической энергии. К изучению курса «Электрические машины» можно приступать, только глубоко усвоив теоретические основы электротехники, физику электромагнитных явлений и выработав навыки математического анализа процессов в электрических и магнитных цепях.
1 Методические указания по разделам курса
Введение Следует разобраться в значении электрических машин в промышленности, знать основные виды электрических машин и уметь объяснить принцип их работы. Необходимо научиться различать основные конструктивные элементы электрических машин и иметь о материалах, применяемых в электромашиностроении. Вопросы для самопроверки: 1) Какие явления лежат в основе принципа работы электрических машин и трансформаторов? 2) Какие главные законы, лежащие в основе работы электрических машин, были найдены русскими учеными?
Трансформаторы В теории трансформаторов главными являются следующие вопросы: 1. Наведение вторичной ЭДС при холостом ходе и при нагрузке. 2. Основные уравнения, векторные диаграммы и схемы замещения. 3. Исследование рабочего процесса трансформатора с использованием параметров холостого хода и короткого замыкания. 4. Потери, КПД, нагревание и охлаждение трансформатора. 5. Группы соединений и параллельная работа трехфазных трансформаторов. 6. Автотрансформаторы. Достоинства и недостатки. 7. Многообмоточные трансформаторы. Вопросы для самопроверки: 1) Объясните принцип действия трансформатора. Из каких частей состоит общий магнитный поток трансформатора? Как эти потоки проходят по стержням трансформатора и около них? Какие ЭДС наводятся? 2) Напишите выражения для ЭДС, индуцируемых в обмотках трансформатора. 3) Почему сердечник трансформатора набирается из листовой стали? 4) Что такое коэффициент трансформации и как он определяется? 5) Как влияет насыщение стали сердечника на форму кривой тока холостого хода? 6) Почему форма кривой тока холостого хода отличается от синусоидальной, если к первичной обмотке трансформатора подведено синусоидальное напряжение? 7) Почему при холостом ходе трансформатора коэффициент мощности уменьшается с увеличением подведенного напряжения? 8) Как влияет схема соединения фаз обмоток на величину высших гармоник в кривой тока холостого хода? 9) Какие потери имеет трансформатор при холостом ходе и при коротком замыкании? 10) Почему при переходе от режима холостого хода к режиму нагрузки основной магнитный поток остается практически неизменным? 11) Чем отличается реальный трансформатор и приведенный? В чем преимущества приведенного трансформатора при анализе электромагнитных процессов? 12) Объясните физический смысл всех параметров схемы замещения трансформатора при нагрузке. Каковы методы их опытного определения? 13) Что такое напряжение короткого замыкания? 14) При какой нагрузке трансформатор имеет максимальный КПД? 15) Что такое группа соединения трансформатора? 16) Как осуществляется регулирование напряжения в трансформаторе? Для чего необходимо регулировать напряжение? 17) В чем преимущество автотрансформатора перед трансформатором одинаковой мощности? 18) Как осуществляется защита трансформаторов при перенапряжениях? 19) Виды специальных трансформаторов. Машины переменного тока В этом разделе основными являются следующие вопросы: 1. Конструктивная схема и устройство машин переменного тока. 2. Возможности улучшения формы кривой ЭДС обмоток. 3. Пульсирующее поле. 4. Вращающееся поле для трехфазной и двухфазной обмоток. 5. Способы подавления высших гармоник при выполнении многофазных обмоток. Вопросы для самопроверки: 1) При каких условиях образуется синхронное круговое и пульсирующие поля? 2) Объясните принцип получения трехфазной обмотки с фазовой зоной в 60о. 3) Объясните смысл коэффициентов укорочения и распределения. 4) В чем преимущества двухслойных обмоток? 5) Как изменяется форма кривой поля в воздушном зазоре при распределении обмотки по пазам? При укорочении шага обмотки? Асинхронные машины Основные вопросы теории асинхронных машин: 1. Наведение ЭДС в обмотках асинхронных машин. 2. Основные уравнения рабочего процесса, векторные диаграммы, схемы замещения. 3. Применение круговой диаграммы для определения параметров асинхронных двигателей. 4. Пуск и регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 5. Потери, КПД и энергетическая диаграмма. 6. Несимметричные режимы работы. 7. Асинхронный генератор. 8. Реверсивный двигатель. Вопросы для самопроверки: 1) Как меняется скольжение при работе асинхронной машины в различных режимах? 2) Объясните, почему скольжение и Cosφ не равны 0 при реальном холостом ходе. 3) Как определить пусковой момент и пусковой ток по круговой диаграмме? 4) Как зависит момент асинхронного двигателя от скольжения? От напряжения сети? 5) В чем различие между схемами замещения и векторными диаграммами асинхронного двигателя и трансформатора? 6) Как можно регулировать частоту вращения асинхронных двигателей? 7) Что такое перегрузочная способность? 8) На чем основано частотное регулирование асинхронного двигателя? 9) Как влияет активное сопротивление цепи ротора на частоту вращения? 10) Какие потери имеются у асинхронной машины? 11) Объясните устройство и принцип действия индукционного регулятора, фазорегулятора. 12) Устойчивость работы асинхронного двигателя. Синхронные машины При изучении теории синхронных машин основными являются следующие вопросы: 1) Реакция якоря и ее влияние на работу машины при активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках; 2) Параметры и характеристики синхронных машин; 3) Основные уравнения и векторные диаграммы; 4) Параллельная работа с сетью; статическая и динамическая устойчивость; колебания синхронного генератора; 5) Нестационарные процессы при включении в сеть и при внезапном коротком замыкании; 6) Работа машины при несимметричной нагрузке; 7) Особенности однофазных генераторов; 8) Условия, методы пуска и характеристики синхронных двигателей; 9) Работа машины в режиме синхронного компенсатора; 10) Особенности реактивных и гистерезисных двигателей. Вопросы для самопроверки 1) Как и почему напряжение на зажимах СГ зависит от характера нагрузки? 2) Что определяют собой катеты характеристического треугольника и какое влияние на них оказывает насыщение магнитной цепи? 3) Как определяется о.к.з. по характеристике короткого замыкания? 4) Как влияет насыщение магнитной цепи на xd и xq? 5) Каким образом можно изменить активную мощность СГ, работающего параллельно с сетью? 6) Почему в семействе U-образных кривых по мере увеличения активной мощности минимум тока якоря смещается в сторону больших токов возбуждения? 7) В чем разница между собственными и вынужденными колебаниями ротора синхронной машины? 8) Какими мерами можно увеличить динамическую устойчивость СГ? 9) К чему приводит несоблюдение условия равновесия ЭДС генератора и напряжения сети при синхронизации? 10) Что влияет на величину установившегося тока короткого замыкания? 11) Почему установившийся ток короткого замыкания меньше ударного? 12) От чего зависит максимальный момент СД? 13) Почему при асинхронном пуске СД его обмотку возбуждения замыкают на сопротивление, а не закорачивают? 14) Почему изменяется ток якоря СД при изменении тока возбуждения? 15) Как перевести СГ, работающий параллельно с сетью, в двигательный режим? 16) Чем характерен режим работы СГ при несимметричной нагрузке? Машины постоянного тока В теории курса «Машины постоянного тока основными являются следующие вопросы: 1) Наведение ЭДС при холостом ходе; 2) Возникновение и действие реакции якоря; 3) Коммутация и добавочные полюса; 4) Схемы возбуждения и характеристики генераторов; 5) Схемы возбуждения, характеристики и способы регулирования скорости вращения двигателей. Вопросы для самопроверки 1) В чем разница между петлевыми и волновыми обмотками? В чем отличие между действительным и элементарным пазом? Как найти число витков якоря по числу коллекторных пластин и по числу витков в секции? 2) От каких факторов зависит ЭДС якоря? Какие из них влияют на изменение ЭДС при работе машины? 3) Какова зависимость напряжения на щетках машины постоянного тока от их положения на коллекторе? 4) В чем отличие между продольной и поперечной реакцией якоря? Каким образом поперечная реакция влияет на характер и величину магнитного потока машины и ее ЭДС? Как связано насыщение магнитной цепи машины с размагничивающим действием поперечной реакции якоря? 5) В чем сущность процесса коммутации? Какие ЭДС возникают при этом? В чем причины искрения под щетками? Почему желательно иметь минимальное число витков в секции обмотки якоря? 6) Какова роль добавочных полюсов в процессе коммутации? Как они включаются в цепь якоря? Почему у машин без компенсационной обмотки НС добавочных полюсов больше, чем у МДС поперечной реакции якоря? Как определить полярность добавочных полюсов для генераторного и двигательного режимов? 7) Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения? По каким причинам различаются внешние характеристики генераторов при независимом, параллельном и смешанном возбуждении? 8) В чем отличия между скоростными характеристиками двигателей параллельного, последовательного и смешанного возбуждения? По каким причинам? 9) В чем различие уравнений напряжения и моментов в генераторном и в двигательном режимах работы? 10) Почему во время пуска двигателя по мере возрастания скорости вращения двигателя уменьшается его ток? 11) Для чего служит компенсационная обмотка? 12) Каким образом в одноякорном ЭМУ поперечного поля совмещаются две ступени усилия?
Контрольные работы Перед тем, как приступить к выполнению контрольных заданий, студенты должны изучить соответствующий раздел курса с учетом методических указаний и рекомендуемой литературы. Вариант задания на контрольную работу должен строго соответствовать шифру студента. В случае, если вариант не соответствует шифру, студент должен выполнить работу повторно, по другому, указанному преподавателем, шифру или по индивидуальному заданию. Контрольная работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями ЕСКД. Все исправления необходимо выполнять в той же работе после замечаний преподавателя. Исправлять и зачеркивать в проверенной работе нельзя. Переписывать работу после рецензии и сдавать ее на повторную рецензию как новую, категорически запрещается. Перед экзаменом студенты должны сдать все зачтенные контрольные работы и ответить преподавателю на все письменные и устные вопросы. Задача 1 (Трансформаторы)
1. Определить фазные и линейные значения напряжений и токов в номинальном режиме. 2. Определить параметры схемы замещения, приведенные к первичной обмотке, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания. Начертить схему замещения. 3. Определить число вольт на один виток обмотки. 4. Определить долевое значение нагрузки, соответствующее максимальному КПД. 5. Трансформатор включен на параллельную работу с другими такими же трансформаторами. Определить распределение нагрузок и допустимую суммарную нагрузку при Cosφ=0,8, для следующих случаев: а) один из трансформаторов включен на ответвление +5%, т.е. коэффициент трансформации увеличен на 5%, другой на ответвление, соответствующее номинальному напряжению. Для этого случая построить векторную диаграмму в масштабе. б) напряжение короткого замыкания одного из трансформаторов равно 1,2 номинального напряжения короткого замыкания другого трансформатора. Примечание: Первичной обмоткой (присоединенной к питающей сети) считать обмотку высшего напряжения. Выбор варианта осуществляется по двум последним цифрам шифра по таблице 1. Таблица 1
1)При U2= 0,525; 3,15; 6,3; 11 кВ группа соединений Y/Δ-11 При U2=0,4; 0,69 кВ группа соединений Y/Yо-0. 2) Для нечетных предпоследних цифр шифра Uк=5,5%, для четных предпоследних цифр шифра (в т.ч. и для 0) Uк=6,5%
Последняя цифра шифра | Момент времени | Мгновенные значения тока в фазе А | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Предпоследняя цифра шифра | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0 | t1 t2 | +Im 0 | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | t1 t2 | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| -Im 0 | 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | t1 t2 | 
| 
| 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | t1 t2 |
| 
| 
| 
| 
| 
| +Im 0 | 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | t1 t2 | 0
| 
| 
|
| 
| 
| 
| 
| -Im 0 | 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | t1 t2 | 
|
| -Im 0 | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | t1 t2 | 
| +Im 0 | 
|
| 
| 
| -Im 0 |
| 
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | t1 t2 | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | t1 t2 | 
|
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 9 | t1 t2 | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание. Значение тока задано относительно Im . (Im – максимальный ток в фазе А).
Исходные данные трехфазного асинхронного двигателя.
Таблица 3
| Исходные данные | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Номинальная мощность Р2Н , кВт | 30 | 10 | 55 | 100 | 75 | 13 | 4,0 | 22 | 7,5 | 40 |
| Номинальное фазное напряжение UФ , В | 220 | |||||||||
| Активное сопротивление обмотки статора r1 , Ом | 0,15 | 0,7 | 0,1 | 0,025 | 0,05 | 0,4 | 1,4 | 0,25 | 0,85 | 0,1 |
| Индуктивное сопротивление обмотки статора x1 , Ом | 0,5 | 1,5 | 0,25 | 0,15 | 0,2 | 1,0 | 3,0 | 0,75 | 1,7 | 0,1 |
Приведенное активное сопротивление обмотки ротора  , Ом (табл.4)
| 0,1 | 0,4 | 0,05 | 0,025 | 0,03 | 0,25 | 0,8 | 0,15 | 0,5 | 0,06 |
Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора  , Ом
| 0,6 | 1,5 | 0,4 | 0,2 | 0,25 | 1,0 | 3,5 | 0,8 | 1,9 | 0,65 |
| Ток холостого хода Io , А | 20 | 7,5 | 45 | 52 | 45 | 10 | 4,5 | 12 | 7 | 42 |
| Потери холостого хода Ро , Вт | 1200 | 460 | 2100 | 3300 | 2800 | 700 | 220 | 900 | 370 | 1800 |
| Потери механические P МЕХ , Вт | 150 | 70 | 330 | 600 | 450 | 100 | 40 | 120 | 60 | 230 |
| Приведенное активное сопротивление обмотки ротора асинхронного двигателя | ||||||||||
| Предпоследняя цифра шифра | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Приведенное активное сопротивление |
0,8 
|
0,7
|
0,75
|
|
1,1 
|
1,5
|
1,25
|
1,3
|
1,4
|
1,2
|
Таблица 4
Исходные данные трехфазного явнополюсного генератора (обмотка якоря соединены в звезду)
| № п/п | Две последние цифры шифра | 00/01 | 02/03 | 04/05 | 06/07 | 08/09 | 10/11 | 12/13 | 14/15 | 16/17 | 18/19 | 20/21 | 22/23 | 24/25 | 26/27 | 28/29 | 30/31 | 32/33 | 34/35 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 1 | Номинальная мощность S, кВА | 3000 | 3900 | 4800 | 5000 | 5600 | 6875 | 7500 | 8250 | 9400 | 9400 | 11000 | 11250 | 16250 | 17500 | 18750 | 18750 | 20000 | 22500 |
| 2 | Номинальное линейное напряжение U л, кВ | 6,6/ 3,3 | 6,6/ 3,3 | 6,6/ 3,3 | 10,5 /3,3 | 6,6/ 3,3 | 6,6 /0,4 | 6,6/ 3,3 | 6,6 /3,3 | 10,5 /3,3 | 6,6/3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 |
| 3 | Номинальный коэффициент мощности cosφ н | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,85 | 0,85 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,75 |
| 4 | Отношение короткого замыкания | 1,34 | 0,83 | 1,16 | 1,13 | 1,1 | 1,02 | 1,0 | 0,78 | 1,1 | 1,24 | 0,88 | 0,85 | 1,45 | 1,2 | 1,0 | 1,81 | 1,0 | 0,87 |
| 5 | Индуктивное сопротивление якоря x б,o/e | 0,14 | 0,14 | 0,14 | 0,12 | 0,11 | 0,11 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,1 | 0,12 | 0,12 | 0,13 | 0,16 | 0,1 | 0,16 | 0,13 | 0,14 |
| 6 | Коэффициент продольной реакции якоря Kad | 0,84 | 0,82 | 0,88 | 0,86 | 0,88 | 0,8 | 0,86 | 0,86 | 0,89 | 0,83 | 0,82 | 0,88 | 0,83 | 0,84 | 0,83 | 0,88 | 0,84 | 0,83 |
| 7 | Коэффициент поперечной реакции якоря Kaq | 0,47 | 0,49 | 0,48 | 0,48 | 0,49 | 0,52 | 0,48 | 0,46 | 0,44 | 0,5 | 0,49 | 0,4 | 0,47 | 0,46 | 0,41 | 0,41 | 0,48 | 0,48 |
| 8 | Индуктивное сопротивление обратного следования xz | 0,22 | 0,26 | 0,23 | 0,25 | 0,27 | 0,2 | 0,23 | 0,28 | 0,24 | 0,20 | 0,21 | 0,21 | 0,22 | 0,21 | 0,2 | 0,22 | 0,23 | 0,23 |
Продолжение таблицы 6.
| № п/п | Две последние цифры шифра | 36/37 | 38/39 | 40/41 | 42/43 | 44/45 | 46/47 | 48/49 | 50/51 | 52/53 | 54/55 | 56/57 | 58/59 | 60/61 | 62/63 | 64/65 | 66/67 | 68/69 | 70/71 |
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | ||
| 1 | Номинальная мощность S, кВА | 23500 | 26300 | 4000 | 10000 | 15000 | 15600 | 18000 | 18700 | 25000 | 27000 | 30000 | 30000 | 30000 | 33000 | 44000 | 50000 | 68750 | 77500 |
| 2 | Номинальное линейное напряжение U л, кВ | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 10,5 /3,3 | 15,75 /3,3 | 13,8 /3,3 | 13,8 /3,3 |
| 3 | Номинальный коэффициент мощности cosφ н | 0,85 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,6 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,85 | 0,7 | 0,85 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| 4 | Отношение короткого замыкания | 1,09 | 1,57 | 1,1 | 0,98 | 1,04 | 0,98 | 1,01 | 0,94 | 0,76 | 1,02 | 1,38 | 1,04 | 0,93 | 0,975 | 0,885 | 1,56 | 1,36 | 1,14 |
| 5 | Индуктивное сопротивление якоря x б ,o/e | 0,15 | 0,13 | 0,13 | 0,11 | 0,09 | 0,14 | 0,14 | 0,15 | 0,13 | 0,13 | 0,11 | 0,15 | 0,12 | 0,10 | 0,12 | 0,16 | 0,12 | 0,12 |
| 6 | Коэффициент продольной реакции якоря Kad | 0,82 | 0,79 | 0,84 | 0,85 | 0,88 | 0,84 | 0,87 | 0,82 | 0,84 | 0,86 | 0,81 | 0,85 | 0,79 | 0,82 | 0,85 | 0,75 | 0,72 | 0,8 |
| 7 | Коэффициент поперечной реакции якоря Kaq | 0,46 | 0,46 | 0,45 | 0,46 | 0,49 | 0,47 | 0,44 | 0,49 | 0,44 | 0,46 | 0,45 | 0,43 | 0,44 | 0,46 | 0,49 | 0,54 | 0,51 | 0,46 |
| 8 | Индуктивное сопротивление обратного следования xz | 0,23 | 0,21 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,23 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,24 | 0,34 | 0,2 | 0,2 | 0,22 | 0,26 | 0,23 | 0,19 | 0,23 |
Продолжение таблицы 6
| № п/п | Две последние цифры шифра | 72/73 | 74/75 | 76/77 | 78/79 | 80/81 | 82/83 | 84/85 | 86/87 | 88/89 | 90/91 | 92/93 | 94/95 | 96/97 | 98/99 |
| 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | ||
| 1 | Номинальная мощность S, кВА | 10350 | 100 | 800 | 630 | 1000 | 800 | 630 | 500 | 630 | 500 | 400 | 325 | 250 | 200 |
| 2 | Номинальное линейное напряжение U л, кВ | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 | 6,6/3,3 |
| 3 | Номинальный коэффициент мощности cosφ н | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| 4 | Отношение короткого замыкания | 1,13 | 0,715 | 0,6 | 0,65 | 0,76 | 0,83 | 0,7 | 0,72 | 0,9 | 0,8 | 0,85 | 0,99 | 1,1 | 1,0 |
| 5 | Индуктивное сопротивление якоря x б,o/e | 0,16 | 0,11 | 0,11 | 0,12 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,11 | 0,14 | 0,15 | 0,14 | 0,12 | 0,15 |
| 6 | Коэффициент продольной реакции якоря Kad | 0,79 | 0,82 | 0,79 | 0,81 | 0,84 | 0,85 | 0,84 | 0,85 | 0,82 | 0,83 | 0,84 | 0,83 | 0,84 | 0,83 |
| 7 | Коэффициент поперечной реакции якоря Kaq | 0,48 | 0,47 | 0,43 | 0,44 | 0,45 | 0,46 | 0,45 | 0,46 | 0,47 | 0,46 | 0,48 | 0,43 | 0,44 | 0,45 |
| 8 | Индуктивное сопротивление обратного следования xz | 0,26 | 0,18 | 0,21 | 0,28 | 0,31 | 0,29 | 0,32 | 0,31 | 0,31 | 0,3 | 0,24 | 0,23 | 0,3 | 0,28 |
Литература.
1. Вольдек А.И. Электрические машины. М., «Энергия», 1978.
2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.I, М., «Энергия», 1972.
3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.II, М., «Энергия», 1973.
4. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.I. Введение. Трансформаторы. М., «Энергия», 1974.
5. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.II. Асинхронные и синхронные машины. М., Госэнергоиздат, 1963.
6. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.III. Коллекторные машины постоянного и переменного тока. М., «Энергия», 1968.
Титульный лист
Н.В. Белянцева
Задание по дисциплине «Электрические машины»
Направление подготовки
140400Электроэнергетика и электротехника
Профили подготовки
7 – Электроснабжение
10 – Электропривод и автоматика
Орск 2013
Рецензент
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизированный электропривод» ОГУ Греков Э. Л.
Контрольные задания дисциплины «Электрические машины» /сост.Н.В. Белянцева. – Орск: ОГТИ, 2013. −32 с.
Контрольные задания предназначены для решения задач по дисциплине «Электрические машины» профессионального цикла студентами очной, заочной, заочной сокращенной формы обучения по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника. Студенты дневной формы обучения изучают дисциплину в 4 семестре, заочной формы – на 3-м курсе, а заочной сокращенной – на 2 курсе.
Составитель ____________________ Н.В. Белянцева
19.02.2013г.
| ãБелянцева Н.В. 2013 | |
| ã ОГТИ, 2013 |
Содержание
| 1 | Введение……………………………………… | 4 |
| 2 | Методические указания по разделам курса.......…….………..................... | 4 |
| 3 | Требования к результатам освоения содержания дисциплины................. | 4 |
| 4 | Содержание и структура дисциплины……………………………..……… | 5 |
| 4.1 | Содержание разделов дисциплины………………………………………… | 5 |
| 4.2 | Структура дисциплины…………………………………………………….. | 6 |
| 4.3 | Практические занятия (семинары)....……………………………………… | 8 |
| 4.4 | Лабораторные работы.……………………………………….……………… | 9 |
| 4.5 | Самостоятельное изучение разделов дисциплины…………….…………. | 10 |
| 5 | Образовательные технологии………….…………………….……………... | 11 |
| 5.1 | Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных занятиях………….…………………….…………………….………… | 11 |
| 6 | Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации…….…………………….………………………………. | 12 |
| 6.1 | Вопросы для самопроверки………………………………………………… | 12 |
| 6.2 | Примерные вопросы для электронного тестирования……………………. | 16 |
| 6.3 | Вопросы к экзамену……………………………………………………….. | 26 |
| 7 | Учебно-методическое обеспечение дисциплины…………………………. | 28 |
| 7.1 | Рекомендуемая литература………………………………………….……… | 28 |
| 7.2 | Средства обеспечения освоения дисциплины……………………..……… | 28 |
Уровень развития цивилизации во многом определяется количеством энергии, используемой человеком. В настоящее время в наиболее развитых странах на одного человека приходится свыше 10 кВт энергии всех видов. Электрическая энергия среди них составляет наибольшую долю. Это обусловлено замечательными достоинствами электрической энергии перед другими видами энергий:
Потребность в электроэнергии непрерывно растет, особенно в настоящий период в связи с ростом автоматизации и созданием технологических процессов, непосредственно использующих электрическую энергию. Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях из энергии органического или ядерного топлива либо энергии движущейся воды и ветра. При помощи паровых, гидравлических или другого рода турбин эти виды энергии преобразуются в механическую энергию вращения, которая затем в электрической машине, называемой генератором, преобразуется в электрическую энергию.
При использовании электрической энергии часто требуется ее преобразование в механическую (привод станков, механизмов, колес и т.п.). Такое преобразование также осуществляется при помощи электрических машин, называемых двигателями.
Передача электрической энергии от мест производства (электрические станции) к местам потребления (узлы нагрузки) осуществляется посредством электрических сетей, основным элементом которых является линия электропередачи (ЛЭП). Экономичность передачи электрической энергии тем выше, чем выше напряжение на линии. Генераторы и двигатели выполнять на большие напряжения нерационально. Обычный уровень напряжения мощных электрических машин составляет 10-20 кВ, а машины массового применения имеют напряжение 380 В, в то время как напряжение на линиях электропередачи достигает 1150 кВ. Поэтому между генераторами на электростанциях и потребителями в узлах нагрузки происходит дополнительное преобразование электрической энергии с целью повышения напряжения, а затем обратного его снижения. Такое преобразование осуществляется с помощью трансформаторов.
Во всех системах большой или малой мощности, где используются электрические машины, их рабочие свойства во многом определяют поведение и свойства этих систем. Поэтому знание основ теории электрических машин необходимо каждому специалисту, работающему в любой из сфер производства, распределения или потребления электрической энергии.
К изучению курса «Электрические машины» можно приступать, только глубоко усвоив теоретические основы электротехники, физику электромагнитных явлений и выработав навыки математического анализа процессов в электрических и магнитных цепях.
1 Методические указания по разделам курса
Введение
Следует разобраться в значении электрических машин в промышленности, знать основные виды электрических машин и уметь объяснить принцип их работы.
Необходимо научиться различать основные конструктивные элементы электрических машин и иметь о материалах, применяемых в электромашиностроении.
Вопросы для самопроверки:
1) Какие явления лежат в основе принципа работы электрических машин и трансформаторов?
2) Какие главные законы, лежащие в основе работы электрических машин, были найдены русскими учеными?
Трансформаторы
В теории трансформаторов главными являются следующие вопросы:
1. Наведение вторичной ЭДС при холостом ходе и при нагрузке.
2. Основные уравнения, векторные диаграммы и схемы замещения.
3. Исследование рабочего процесса трансформатора с использованием параметров холостого хода и короткого замыкания.
4. Потери, КПД, нагревание и охлаждение трансформатора.
5. Группы соединений и параллельная работа трехфазных трансформаторов.
6. Автотрансформаторы. Достоинства и недостатки.
7. Многообмоточные трансформаторы.
Вопросы для самопроверки:
1) Объясните принцип действия трансформатора. Из каких частей состоит общий магнитный поток трансформатора? Как эти потоки проходят по стержням трансформатора и около них? Какие ЭДС наводятся?
2) Напишите выражения для ЭДС, индуцируемых в обмотках трансформатора.
3) Почему сердечник трансформатора набирается из листовой стали?
4) Что такое коэффициент трансформации и как он определяется?
5) Как влияет насыщение стали сердечника на форму кривой тока холостого хода?
6) Почему форма кривой тока холостого хода отличается от синусоидальной, если к первичной обмотке трансформатора подведено синусоидальное напряжение?
7) Почему при холостом ходе трансформатора коэффициент мощности уменьшается с увеличением подведенного напряжения?
8) Как влияет схема соединения фаз обмоток на величину высших гармоник в кривой тока холостого хода?
9) Какие потери имеет трансформатор при холостом ходе и при коротком замыкании?
10) Почему при переходе от режима холостого хода к режиму нагрузки основной магнитный поток остается практически неизменным?
11) Чем отличается реальный трансформатор и приведенный? В чем преимущества приведенного трансформатора при анализе электромагнитных процессов?
12) Объясните физический смысл всех параметров схемы замещения трансформатора при нагрузке. Каковы методы их опытного определения?
13) Что такое напряжение короткого замыкания?
14) При какой нагрузке трансформатор имеет максимальный КПД?
15) Что такое группа соединения трансформатора?
16) Как осуществляется регулирование напряжения в трансформаторе? Для чего необходимо регулировать напряжение?
17) В чем преимущество автотрансформатора перед трансформатором одинаковой мощности?
18) Как осуществляется защита трансформаторов при перенапряжениях?
19) Виды специальных трансформаторов.
Машины переменного тока
В этом разделе основными являются следующие вопросы:
1. Конструктивная схема и устройство машин переменного тока.
2. Возможности улучшения формы кривой ЭДС обмоток.
3. Пульсирующее поле.
4. Вращающееся поле для трехфазной и двухфазной обмоток.
5. Способы подавления высших гармоник при выполнении многофазных обмоток.
Вопросы для самопроверки:
1) При каких условиях образуется синхронное круговое и пульсирующие поля?
2) Объясните принцип получения трехфазной обмотки с фазовой зоной в 60о.
3) Объясните смысл коэффициентов укорочения и распределения.
4) В чем преимущества двухслойных обмоток?
5) Как изменяется форма кривой поля в воздушном зазоре при распределении обмотки по пазам? При укорочении шага обмотки?
Асинхронные машины
Основные вопросы теории асинхронных машин:
1. Наведение ЭДС в обмотках асинхронных машин.
2. Основные уравнения рабочего процесса, векторные диаграммы, схемы замещения.
3. Применение круговой диаграммы для определения параметров асинхронных двигателей.
4. Пуск и регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.
5. Потери, КПД и энергетическая диаграмма.
6. Несимметричные режимы работы.
7. Асинхронный генератор.
8. Реверсивный двигатель.
Вопросы для самопроверки:
1) Как меняется скольжение при работе асинхронной машины в различных режимах?
2) Объясните, почему скольжение и Cosφ не равны 0 при реальном холостом ходе.
3) Как определить пусковой момент и пусковой ток по круговой диаграмме?
4) Как зависит момент асинхронного двигателя от скольжения? От напряжения сети?
5) В чем различие между схемами замещения и векторными диаграммами асинхронного двигателя и трансформатора?
6) Как можно регулировать частоту вращения асинхронных двигателей?
7) Что такое перегрузочная способность?
8) На чем основано частотное регулирование асинхронного двигателя?
9) Как влияет активное сопротивление цепи ротора на частоту вращения?
10) Какие потери имеются у асинхронной машины?
11) Объясните устройство и принцип действия индукционного регулятора, фазорегулятора.
12) Устойчивость работы асинхронного двигателя.
Синхронные машины
При изучении теории синхронных машин основными являются следующие вопросы:
1) Реакция якоря и ее влияние на работу машины при активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках;
2) Параметры и характеристики синхронных машин;
3) Основные уравнения и векторные диаграммы;
4) Параллельная работа с сетью; статическая и динамическая устойчивость; колебания синхронного генератора;
5) Нестационарные процессы при включении в сеть и при внезапном коротком замыкании;
6) Работа машины при несимметричной нагрузке;
7) Особенности однофазных генераторов;
8) Условия, методы пуска и характеристики синхронных двигателей;
9) Работа машины в режиме синхронного компенсатора;
10) Особенности реактивных и гистерезисных двигателей.
Вопросы для самопроверки
1) Как и почему напряжение на зажимах СГ зависит от характера нагрузки?
2) Что определяют собой катеты характеристического треугольника и какое влияние на них оказывает насыщение магнитной цепи?
3) Как определяется о.к.з. по характеристике короткого замыкания?
4) Как влияет насыщение магнитной цепи на xd и xq?
5) Каким образом можно изменить активную мощность СГ, работающего параллельно с сетью?
6) Почему в семействе U-образных кривых по мере увеличения активной мощности минимум тока якоря смещается в сторону больших токов возбуждения?
7) В чем разница между собственными и вынужденными колебаниями ротора синхронной машины?
8) Какими мерами можно увеличить динамическую устойчивость СГ?
9) К чему приводит несоблюдение условия равновесия ЭДС генератора и напряжения сети при синхронизации?
10) Что влияет на величину установившегося тока короткого замыкания?
11) Почему установившийся ток короткого замыкания меньше ударного?
12) От чего зависит максимальный момент СД?
13) Почему при асинхронном пуске СД его обмотку возбуждения замыкают на сопротивление, а не закорачивают?
14) Почему изменяется ток якоря СД при изменении тока возбуждения?
15) Как перевести СГ, работающий параллельно с сетью, в двигательный режим?
16) Чем характерен режим работы СГ при несимметричной нагрузке?
Машины постоянного тока
В теории курса «Машины постоянного тока основными являются следующие вопросы:
1) Наведение ЭДС при холостом ходе;
2) Возникновение и действие реакции якоря;
3) Коммутация и добавочные полюса;
4) Схемы возбуждения и характеристики генераторов;
5) Схемы возбуждения, характеристики и способы регулирования скорости вращения двигателей.
Вопросы для самопроверки
1) В чем разница между петлевыми и волновыми обмотками? В чем отличие между действительным и элементарным пазом? Как найти число витков якоря по числу коллекторных пластин и по числу витков в секции?
2) От каких факторов зависит ЭДС якоря? Какие из них влияют на изменение ЭДС при работе машины?
3) Какова зависимость напряжения на щетках машины постоянного тока от их положения на коллекторе?
4) В чем отличие между продольной и поперечной реакцией якоря? Каким образом поперечная реакция влияет на характер и величину магнитного потока машины и ее ЭДС? Как связано насыщение магнитной цепи машины с размагничивающим действием поперечной реакции якоря?
5) В чем сущность процесса коммутации? Какие ЭДС возникают при этом? В чем причины искрения под щетками? Почему желательно иметь минимальное число витков в секции обмотки якоря?
6) Какова роль добавочных полюсов в процессе коммутации? Как они включаются в цепь якоря? Почему у машин без компенсационной обмотки НС добавочных полюсов больше, чем у МДС поперечной реакции якоря? Как определить полярность добавочных полюсов для генераторного и двигательного режимов?
7) Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения? По каким причинам различаются внешние характеристики генераторов при независимом, параллельном и смешанном возбуждении?
8) В чем отличия между скоростными характеристиками двигателей параллельного, последовательного и смешанного возбуждения? По каким причинам?
9) В чем различие уравнений напряжения и моментов в генераторном и в двигательном режимах работы?
10) Почему во время пуска двигателя по мере возрастания скорости вращения двигателя уменьшается его ток?
11) Для чего служит компенсационная обмотка?
12) Каким образом в одноякорном ЭМУ поперечного поля совмещаются две ступени усилия?
Контрольные работы
Перед тем, как приступить к выполнению контрольных заданий, студенты должны изучить соответствующий раздел курса с учетом методических указаний и рекомендуемой литературы.
Вариант задания на контрольную работу должен строго соответствовать шифру студента. В случае, если вариант не соответствует шифру, студент должен выполнить работу повторно, по другому, указанному преподавателем, шифру или по индивидуальному заданию.
Контрольная работа должна быть выполнена в соответствии с требованиями ЕСКД. Все исправления необходимо выполнять в той же работе после замечаний преподавателя. Исправлять и зачеркивать в проверенной работе нельзя. Переписывать работу после рецензии и сдавать ее на повторную рецензию как новую, категорически запрещается.
Перед экзаменом студенты должны сдать все зачтенные контрольные работы и ответить преподавателю на все письменные и устные вопросы.
Задача 1 (Трансформаторы)
1. Определить фазные и линейные значения напряжений и токов в номинальном режиме.
2. Определить параметры схемы замещения, приведенные к первичной обмотке, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания. Начертить схему замещения.
3. Определить число вольт на один виток обмотки.
4. Определить долевое значение нагрузки, соответствующее максимальному КПД.
5. Трансформатор включен на параллельную работу с другими такими же трансформаторами. Определить распределение нагрузок и допустимую суммарную нагрузку при Cosφ=0,8, для следующих случаев:
а) один из трансформаторов включен на ответвление +5%, т.е. коэффициент трансформации увеличен на 5%, другой на ответвление, соответствующее номинальному напряжению. Для этого случая построить векторную диаграмму в масштабе.
б) напряжение короткого замыкания одного из трансформаторов равно 1,2 номинального напряжения короткого замыкания другого трансформатора.
Примечание: Первичной обмоткой (присоединенной к питающей сети) считать обмотку высшего напряжения.
Выбор варианта осуществляется по двум последним цифрам шифра по таблице 1.
Таблица 1
| Данные | Мощность S, кВА | Потери х.х Po, кВт | Потери к.з. Pk, кВт | Ток х.х. io, % | Сечение стержня Пс, см2 | Напряжение U1|U2 кВ | ||||
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
| Последняя цифра | 0,5 | 1,6 | 2,7 | 3,8 | 4,9 | |||||
| 0 | 25 | 0,135 | 0,6 | 3,2 | 70 | 10/0,4 | 6/0,69 | 10/0,69 | 10/0,525 | 6/0,4 |
| 1 | 40 | 0,19 | 0,88 | 3 | 88 | 10/0,69 | 6/0,4 | 10/0,4 | 6/0,69 | 10/0,525 |
| 2 | 63 | 0,265 | 1,28 | 2,8 | 112 | 6/0,4 | 10/0,69 | 10/0,525 | 10/0,4 | 35/0,69 |
| 3 | 100 | 0,365 | 1,97 | 2,6 | 140 | 10/0,525 | 35/11 | 10/0,69 | 6/0,4 | 10/0,4 |
| 4 | 160 | 0,7 | 2,65 | 2,4 | 178 | 10/0,4 | 6/0,4 | 6/0,69 | 10/0,69 | 35/11 |
| 5 | 400 | 1,05 | 5,5 | 2,1 | 280 | 35/0,525 | 10/0,4 | 35/11 | 35/0,69 | 10/0,69 |
| 6 | 630 | 1,56 | 7,6 | 2 | 360 | 10/0,69 | 35/11 | 10/0,4 | 35/0,525 | 35/0,69 |
| 7 | 1000 | 2,75 | 12,2 | 1,5 | 435 | 6/0,69 | 10/0,69 | 35/0,69 | 10/0,4 | 35/0,525 |
| 8 | 2500 | 5,1 | 25 | 1,1 | 700 | 35/11 | 35/0,69 | 10/0,69 | 110/10 | 10/0,4 |
| 9 | 4000 | 5,45 | 33,5 | 1,0 | 880 | 35/0,69 | 35/11 | 110/10 | 10/0,69 | 110/35 |
1)При U2= 0,525; 3,15; 6,3; 11 кВ группа соединений Y/Δ-11
При U2=0,4; 0,69 кВ группа соединений Y/Yо-0.
2) Для нечетных предпоследних цифр шифра Uк=5,5%, для четных предпоследних цифр шифра (в т.ч. и для 0) Uк=6,5%
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-21; Просмотров: 87; Нарушение авторского права страницы