Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 113922
Наименование:
Задачник Электрические машины. Задачи и тесты
Информация:
Тип работы: Задачник.
Предмет: Электроника.
Добавлен: 22.10.2018.
Год: 2018.
Страниц: 50.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство образования и науки Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА Кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности Н.Н.Портнягин Электротехника и электроника Электрические машины. Задачи и тесты Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина Москва 2013
УДК 621.3.01
Портнягин Н.Н. Электрические машины. Задачи и тесты. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2013. –52с. Учебно-методическое пособие предназначено для изучения дисциплины «Электротехника и электроника» раздел электрические машины для подготовки бакалавров направлений инженерно-механическ го факультета, при проведении практических занятий, а также в период самостоятельной подготовки к занятиям. Методическое пособие содержит многовариантные задания типовые расчеты и тесты. Включены задачи по расчету параметров электрических машин, Набор заданий и указания к ним предусматривают возможность изменять объем работы. Задачи рассчитаны на 1 студенческую группу и содержит 30 вариантов заданий.
Рецензент- доктор технических наук, проф. А.В.Егоров
СОДЕРЖАНИЕ стр. Предисловие ……….4 1. Асинхронные электрические машины………...7 1.1 Краткие теоретические сведения. ……….7 1.2. Задачи к практическим занятиям………10 1.3. Контрольные тесты ………..18 2. Синхронные электрические машины………...23 2.1 Краткие теоретические сведения. ……….24 2.2. Задачи к практическим занятиям………..26 2.3. Контрольные тесты ………30 3. Электрические машины постоянного тока………...34 1.1 Краткие теоретические сведения. ………...35 1.2. Задачи к практическим занятиям………37 1.3. Контрольные тесты ………..42 Библиография………50
Предисловие Дисциплины Электротехника и электроника в рамках учебного плана подготовки направлений бакалавров инженерно-механическ го факультета предполагает лекционный курс, проведение практических занятий, лабораторный практикум, самоподготовку студентов в виде домашних заданий и контрольных работ(тестов). Учебно-методическое пособие, является методической разработкой для освоения студентами компетенций предусмотренных рабочими программами направлений раздел «Электрические машины»: Направление подготовки 150700 «МАШИНОСТРОЕНИЕ» Профили подготовки - Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов Оборудование и технология сварочного производства Направление подготовки 151000 «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ» Профили подготовки - Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов Оборудование нефтегазопереработки Морские нефтегазовые сооружения Направление подготовки 221700 «СТАНДАРТИЗАЦИЯ И МЕТРОЛОГИЯ» Профиль подготовки - Стандартизация, сертификация и метрология Направление подготовки 280700 ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Профиль подготовки - Безопасность технологических процессов и производств нефтяной и газовой промышленности Выписка из рабочих программ направлений и профилей подготовки, определяет назначение данного пособия в изучении дисциплины – 5 семестр Разделы 2,3,4 ( Электрические машины), практические занятия, домашние задания, контрольные работы(тесты)
Выписка из рабочих программ изучения дисциплины «Электротехника и электроника направлений подготовки бакалавров инженерно-механическ го факультета № п/п Разделы дисциплины Семестр Н деля семестра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) Коды компетенций Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) Л ЛР ПЗ (С) СР Электротехника и электроника. Часть 1. Электрические цепи, магнитные цепи и трансформаторы. 4 34 17 17 47 ОК –2,4,7,8, 10-16; ПК – 2-5,15-18,21 Защита ЛР в течение семестра Экзамен 1 Измерительные приборы. Цепи постоянного тока 1-5 8 5 5 ДЗ №1 КР № 1 2 Цепи однофазного переменного тока 6-8 8 4 4 ДЗ №2 КР № 2 3 Трехфазные электрические цепи 9-12 8 4 4 ДЗ №3 КР № 3 4 Магнитные цепи 13-14 4 0 2 5 Трансформаторы 15- 7 6 4 2 Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника, электрические машины, основы электропривода. 5 18 18 18 47 ОК –2,4,7,8, 10-16; ПК – 2-5,15-18,21 Защита ЛР в течение семестра Зачет
1 Базовые элементы электронных устройств. Выпрямители и усилители. 1-4 5 5 5 ДЗ №4 КР № 4 2 Двигатели постоянного тока. Способы регулирования скорости двигателей постоянного тока. 5-9 4 4 4 ДЗ №5 КР № 5 3 Синхронные двигатели. Способы регулирования скорости синхронных двигателей. 10-14 4 4 ДЗ №6 КР № 6 4 Асинхронные двигатели. Способы регулирования скорости асинхронных двигателей 15-18 4 4 4 ДЗ №7 КР № 7
1. Асинхронные электрические машины
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства. Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт на напряжение до 1000 В - наиболее широко применяемые электрические машины. В народнохозяйственном парке электродвигателей они составляют по количеству 90%, по мощности - примерно 55%. Потребность, а следовательно, и производство асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В в нашей стране растет неуклонно из года в год. Так, за послевоенные годы выпуск их увеличился более чем в 20 раз[3,4]. Уже в настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в стране электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и других, а затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народнохозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатация и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материальных и трудовых ресурсов России.
1.1. Краткие теоретические сведения
Асинхронная машина — это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями. Конструктивное исполнение: с короткозамкнутым и с фазным ротором (с контактными кольцами. Режимы работы асинхронных машин: двигательный(основно ), генераторный и тормозной. Наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели (АД). Номинальные (паспортные) данные двигателя: механическая мощность Рном, напряжение обмотки статора U1ном, ток статора I1ном, частота напряжения сети f, частота вращения ротора nном, КПД ?H0M, коэффициент мощности cos?ном, напряжение между контактными кольцами при разомкнутой обмотке ротора U20 = Е20 и номинальный ток в обмотке ротора I2ном — для АД с фазным ротором. Токи обмоток статора, подключенных к трехфазной сети, возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора, которое индуктирует ЭДС в замкнутой накоротко (или пусковыми реостатами) обмотке ротора. Токи ротора, возникающие под действием этой ЭДС, возбуждают вращающееся магнитное поле ротора. Частота и направление вращения этих полей одинаковы, что обусловливает результирующее вращающееся магнитное поле, называемое рабочим полем машины. Уравнение электрического состояния цепи фазы статора[1,2,5] U ?_(1 )=(-E) ?_1+(r_в1+?jx?_рас1 ) I ?_1=-E ?_1+?z_об1 I ?_1 где : U1 – фазное напряжение сети подключенное к статорным обмоткам, I1 – ток протекающий по обмотке статора, E ?_1- эдс наведенное в обмотке статора рабочим полем машины, r_в1- активное сопротивление обмотки статора, x_рас1- индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, ?z_об1 комплексное сопротивление обмотки статора. Векторная диаграмма уравнения статорной цепи представлена на рис. 1.1. а
Рис 1.1.а Рис. 1.1.б Рис 1.1. Векторные диаграммы статорной(а) и роторной(б) цепи Уравнение роторной цепи имеет вид : ?E_2=?4,44fsw?_(2 ) k?_об2 Ф_в
где : E_2 – эдс наведенное рабочим полем машины в обмотке ротора, f – частота сети, s – скольжение, w2 – количество витков обмотки ротора, kоб2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора, Фв – поток возбуждения рабочего поля машины. Векторная диаграмма роторной цепи представлена на рис. 1.1.б M_вр=3p/?s ?(r_в2^ U_1^2)/((r_в1+(r_в2^) s)^2+(x_рас1+x_рас2^ )^2 ) где - x_рас2^ сопротивление рассеяния обмотки ротора приведенное к обмотке статора, r_в2^ - активное сопротивление обмотки ротора приведенное к цепи статора Формула Клосса определяет связь между M_K,S?,S?_K следующим соотношением : M=(2•M_K)/(S?S_K +S_K?S)
Величина скольжения Sкр при которой достигается максимум момента называется критической. где: MK = lМН - максимальный момент, развиваемый двигателем; l = 1,5...2,5 коэффициент перегрузки двигателя; S_K=S_Н•(?+v(?^2-1)) критическое скольжение
Рис. 1.2 Механическая характеристика АД
Механическая характеристика асинхронного двигателя(АД) представлена на рис. 1.2 в точке Mвр = Mвр max достигает критического скольжения и определяет границу устойчивой работы АД. Максимальный момент вращения АД соответствует небольшим скольжениям, а именно 4% у двигателей большой мощности и до 24% у двигателей малой мощности.[6] Зоной практической устойчивости у асинхронных двигателей является характеристика в пределах значения скольжения S от 30 до 40% S кр [2,6] 1.2. Задачи к практическим занятиям Задача №1 Номинальная частота вращения ротора АД n2ном = 960 об/мин. Определить: число пар полюсов двигателя; номинальное скольжение; частоту ЭДС в обмотке вращающегося ротора круговая частота напряжения сети ? = 314 рад/сек Ответ: р = 3; Sном = 0,04; f2 = 2 Гц. Решить задачу взяв данные для своего варианта из таблицы 1.1 Основные формулы и соотношения[2]: ?=2?f (1.1) Частота вращения магнитного поля статора n_1=60f/p (1.2)
где f — частота напряжения сети, р — число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f=50 Гц, частота вращения магнитного поля статора определяется как n1 = 3000/р. При разных значениях Р, имеем разную частоту вращения магнитного поля статора построим таблицу при f=50 Гц n1 3000 1500 1000 750 600 00 p 1 2 3 4 5 6 построим таблицу при f=60 Гц n1 3600 1800 1200 900 72 600 p 1 2 3 4 5 6 Скольжение S — это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля статора и ротора: S=(n_1-n_2)/n_1 =(?_1-?_2)/?_1 (1.3)
где n2 — частота вращения ротора, ?_1 и ?_2 угловые скорости вращения магнитного поля статора и ротора соответственно:
n_2=n_1 (1-S) (1.4)
Частота ЭДС, индуцированной в обмотке статора вращающимся магнитным потоком, равна частоте напряжения в сети: f_1=f (1.5) Частота ЭДС и тока в обмотке ротора: f_2=Sf (1.6)
Задача №2 Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает с номинальным скольжением Sном = 0,04. Известны частота питающего напряжения f = 50 Гц, максимальное значение вращающегося магнитного потока Фm = 0,01 Вб, число витков обмоток статора w1 = 100 и ротора w2 =1 и их обмоточные коэффициенты k1 = 0,95 и k2 = 1. Определить : коэффициент трансформации действующие значения ЭДС в фазах обмоток статора, ЭДС вращающегося и неподвижного ротора. Ответ: ke =95; Е1 = 211 В; Е2S = 0,089 В;Е2 = 2,22 В Решить задачу взяв данные из таблицы 1.2 согласно своего варианта Основные соотношения: Действующие значения ЭДС, индуцированные в фазных обмотках статора и неподвижного и вращающегося ротора E_1=4,44w_1 k_1 f_1 Ф_m E_2=4,44w_2 k_2 f_1 Ф_m E_2s=4,44w_2 k_2 f_2 Ф_m (2.1) где w1 и w2 — числа витков фазных обмоток статора и ротора, k1 и k2 — их обмоточные коэффициенты. Из уравнений 2.1 следует, что E_2s=SE_2 Коэффициент трансформации ЭДС с учетом (2.1): k_e=(w_1 k_1)/(w_2 k_2 ) (2.2)
Задача №3 Трехфазный асинхронный двигатель включен в сеть с линейным напряжением Uл[В].Обмотки статора соединены в звезду. Ток в обмотке статора Iф[А], при коэффициенте мощности соs?=0,8. Мощность суммарных потерь в двигателе ?Рп[Вт]. Определить: ?, КПД двигателя. Данные взять из таблицы 1.3.
Задача № 5 Двигатель с короткозамкнутым ротором имеет следующие номинальные данные: мощность Р2ном [кВт], линейное напряжение Uл[в], частота сети f[Гц], ток в обмотке статора I1 ном[А], мощность суммарных потерь при номинальной нагрузке ?Рп[кВт],номинальный момент Мном[Н м]. Известна также кратность пускового тока Iп* и кратность пускового момента Мп* Определить мощность: P1ном, коэффициент мощности соs?,номинальную частоту вращения ротора и КПД в номинальном режиме работы, а также пусковой ток и пусковой момент. Данные взять из таблицы 1.5.
Задача № 6 Четырехполюсный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором единой серии 4А с повышенным пусковым моментом имеет следующие технические данные: мощность Pном, напряжение 380/ 220 В, частота сети f=50 Гц, КПД ? = 0.87, коэффициент мощности соs?, скольжение Sном, начальная кратность пускового тока Iп* ,начальная кратность пускового момента Мп* и перегрузочная способность Мmax*. Определить номинальную частоту вращения ротора, номинальный, пусковой и максимальный моменты, критическое скольжение, номинальный и пусковой токи двигателя. Данные взять из таблицы 1.6. S_m=S_ном (M_(max*)+v(M_(max*) 2-1)) (6.1)
Задача № 7 Для двигателя с фазным ротором известны следующие номинальные данные: активная мощность P2, напряжение 380/220В, коэффициент мощности соs?, ток фазы обмотки ротора I2ном. Известны также активные сопротивления фаз обмоток статора R1 и ротора R2 Ом в нагретом состоянии, мощность потерь в стали Pпс, мощность механических потерьPпм. Определить КПД при номинальной нагрузке. Данные взять из таблицы 1.7.
1.3 Контрольные тесты Как определить частоту вращения статора ? о частота вращения статора = 60f/p о частота вращения статора = n1 о частота вращения статора = о частота вращения статора = Sn1 о частота вращения статора = 0 Определите число пар полюсов АД если f=50 Гц, а n ротора = 725 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Чем отличается механическая мощность от полезной мощности на валу ротора? о меньше на величину потерь на перемагничивание о больше на величину механических потерь о меньше на величину механических потерь о отличий нет о отличия незначительны Если ротор вращается в ту же сторону, что и рабочее магнитное поле, но с большей скоростью, то асинхронная машина работает - о в режиме электромагнитного торможения о в режиме двигателя о в режиме генератора о в режиме нагревателя о в режиме нагревателя К какому типу машин относятся асинхронные машины? о коллекторные о бесколлекторные о реактивные о вентильные о бесколлекторные
Определите число пар полюсов АД если f=60 Гц, а n ротора = 870 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Какое определение асинхронного двигателя верно ? о Коллекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями о Коллекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковыми скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковыми скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и статор вращаются с одинаковыми скоростями
Определите число пар полюсов АД если f=60 Гц, а n ротора = 3476 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Чем отличается электромагнитная мощность от механической? о меньше на величину потерь на перемагничивание о больше на величину механических потерь о меньше на величину механических потерь о отличий нет о отличия незначительны Какой способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором невозможно осуществить ? о частотный о изменением напряжения статора о реостатный о изменением числа пар полюсов о изменением фазы питающего напряжения
В каком состоянии находится асинхронный двигатель если скольжение S=1 ? о ротор заторможен о ротор вращается с номинальной скоростью о ротор вращается с синхронной скоростью о ротор вращается с частотой = 60f/p о ротор вращается с частотой Sn1 Какая зависимость определяет значение эдс ротора при его вращении? о эдс пропорционально частоте тока статора о эдс пропорционально току статора о эдс пропорционально частоте вращения ротора о пропорционально разности частот статора и ротора о эдс равна нулю Определите число пар полюсов АД если f=50 Гц, а n ротора = 2876 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Определите число пар полюсов АД если f=50 Гц, а n ротора = 578 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5
Определите число пар полюсов АД если f=60 Гц, а n ротора = 3476 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Какое определение электрической машины верно? о электротехническое устройство предназначенное для создания вращающегося магнитного поля о электротехническое устройство задающее параметры сети к которой оно подключено о электротехническое устройство, осуществляющее взаимное преобразование электрической и механической энергии о Электротехническое устройство предназначенное только для работы от электрической сети о Электротехническое устройство предназначенное только для работы от внешнего привода
Определите число пар полюсов АД если f=60 Гц, а n ротора = 1776 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Какая зависимость определяет значение Е ротора при его вращении? о эдс пропорционально частоте тока статора о эдс пропорционально току статора о эдс пропорционально частоте вращения ротора о пропорционально разности частот статора и ротора о эдс равна нулю Если ротор вращается в ту же сторону, что и рабочее магнитное поле, но с большей скоростью, то асинхронная машина работает - о в режиме электромагнитного торможения о в режиме двигателя о в режиме генератора о в режиме нагревателя о в режиме нагревателя Зоной практической устойчивости у асинхронных двигателей является характеристика в пределах значения скольжения S : о s=(от 20 до 30%)Sкр о s=(от 10 до 20%)Sкр о s=(от 10 до 50%)Sкр о s=(от 30 до 40%)Sкр о s=(от 10 до 100%)Sкр
Определите число пар полюсов АД если f=50 Гц, а n ротора = 2876 об/мин о p=1 о р=2 о р=3 о р=4 о р=5 Частота вращения магнитного поля статора n1 и вращения ротора n2 связаны соотношением : о n1+n2=0 о n1=о n1›о n1‹о n1‹Какой способ регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором невозможно осуществить ? о частотный о изменением напряжения статора о реостатный о изменением числа пар полюсов о изменением фазы питающего напряжения
Каково значение круговой частоты тока в электросетях России ? о 628 о 314 о 50 о 60 о 100 Если частота вращения ротора асинхронного двигателя при частоте сети 50 Гц составляет 2950 об/мин, то скольжение в этом режиме равно : о 0,017 о 0,2 о 0,015 о 0,006 о 0,018
2. Синхронные электрические машины
Синхронная машина может быть использована в качестве генератора напряжения стабильной частоты (турбогенератор, гидрогенератор и дизель- генератор).[7, 8,9] Часто синхронную машину используют в качестве двигателя с неизменной скоростью вращения ротора, приводящего во вращение крупные вентиляторы, компрессоры, центробежные насосы, генераторы постоянного тока и т. д. Кроме того, синхронную машину используют как компенсатор для повышения коэффициента мощности питающей электрической сети, а также для регулирования ее реактивной составляющей мощности. Конструкция статора синхронной машины, называемого также якорем, практически ничем не отличается от конструкции статора асинхронной машины. Основное отличие синхронной машины заключается в устройстве ротора (индуктора), который представляет собой по существу явнополюсной или неявнополюсный электромагнит, обмотка которого через контактные кольца и щетки питается от внешнего источника постоянного тока. В качестве индуктора в синхронной машине может использоваться постоянный магнит. Явнополюсной ротор обычно используется в машинах с четырьмя и большим числом пар полюсов. Обмотка возбуждения выполняется в этом случае в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещаются на сердечниках полюсов и укрепляются при помощи полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляются из листовой стали. Скорость вращения ротора двухполюсных и четырехполюсных машин большой мощности составляет 1500 и 3000 об/мин.
2.1 Краткие теоретические сведения
Синхронной называют машину переменного тока, в которой скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в ее рабочем зазоре. Синхронная машина (СМ)—это электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения п ротора и частота f токов и ЭДС в обмотке якоря связаны строгим соотношением n=60f/p . В таких машинах в установившемся режиме работы результирующее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковой скоростью (синхронно).[4] Явнополюсная и неявнополюсная СМ — машина с явно и неявно выраженными полюсами на роторе, где расположена обмотка возбуждения. Номинальные данные: полная мощность Sн (для двигателей Pн— мощность механической энергии на валу), линейные напряжение - Uном и ток - Iном, коэффициент мощности - cos ?ном, КПД - ?ном, nном -частота вращения ротора , напряжение - Uf и ток - If, обмотки возбуждения.[2] Эквивалентная схема замещения и векторная диаграмма фазы СМ, в режиме двигателя представлена на рис. 2.1(а и б)
Рис. 2.1 Эквивалентная схема замещения(а) и векторная диаграмма (б) фазы синхронного двигателя(СД) Где - U ? -фазное напряжение питания, Zн – комплексное сопротивление нагрузки питающей сети, х -индуктивное сопротивление обмотки статора СД, I ? - фазный ток СД, ? ?_0 - потокосцепление возбуждения, ? - угол нагрузки, E_(0 ) - эдс, индуцируемое в фазной обмотке статора, ? - угол сдвига фаз между напряжением сети и фазным током статора, ?_0 - угол сдвига фаз между индуцированной эдс и фазным током. Уравнению напряжения для удобства построения векторных диаграмм придают вид: U=Eo+jXc I=const Вращающий момент, полная, активная и реактивная мощности ; P_эм=?mUE?_o/X_c sin?? M_эм=?mUE?_0/??X?_c sin?? где P_эм - электромагнитная мощность на валу СД, M_эм - электромагнитный момент на валу СД, m – число фаз питающего напряжения, ? -угловая скорость вращения ротора. Угловые характеристики соответствуют уравнениям :
S=mUI=?mUE?_0/X_c P=mUI cos??=?mUE?_0/X_c sin?? Q=mUI sin??=?mUE?_0/X_c cos?? при отрицательных углах нагрузки ?. Т.о. синхронный двигатель имеет связь между механическими и электрическими величинами, которые определяют его состояние, и может выступать в роли потребителя активной мощности и генератора реактивной мощности одновременно в электрической сети. [2,7]
2.2 Задачи к практическим занятиям Задача №8 Шестиполюсный синхронный двигатель имеет Pном, Uном = 6 кВ, частоту питающей сети f, соs? (? ‹ 0), КПД ?. Определить частоту вращения ротора, номинальный вращающий момент, номинальный ток якоря, активную и реактивную мощности. Данные взять из таблицы 8.1 Мном= Pном/? (8.1)
Задача № 9 Восьмиполюсный синхронный двигатель имеет Pном , линейное Uном = 6 кВ соединение обмоток звезда, КПД ? =0,97, соs? (? ‹ 0), частоту трехфазной питающей сети 50 Гц. Известна кратность максимального момента Ммах*. Определить угловую скорость вращения ротора, номинальный и максимальный вращающие моменты, угол нагрузки в номинальном режиме и построить векторную диаграмму напряжений и тока без учета насыщения, если синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря Хс . Данные взять из таблицы 9.1 (9.1)
Задача 10 Восьмиполюсный синхронный двигатель, номинальная мощность которого Pном кВт, имеет кратность максимального момента М мах*. Без учета насыщения и явнополюсности определить максимальный момент, при котором двигатель удерживается в синхронизме, если уменьшить ток возбуждения до Iв*= 0,3*Iвном. Машина имеет нормальную характеристику холостого хода. Частота сети f Гц. Данные для решения взять из таблицы 10.1 по вариантам.
Задача № 11 Пользуясь рабочими характеристиками синхронного двигателя (рис. 2.4), определить полную, активную и реактивную мощности при заданных Рис. 2.4. Рабочие характеристики синхронного двигателя
2.2. Контрольные тесты В каком состоянии находится синхронный двигатель(СД) если скольжение S=0 ? о ротор заторможен о ротор вращается с номинальной скоростью о ротор вращается с синхронной скоростью о ротор вращается с частотой = 60f/p о двигатель находится в синхронном режиме Синхронная машина чаще всего используется о в двигательном режиме о в режиме тормоза о в двигательном режиме о в режиме синхронного компенсатора о в режиме резонанса Если величина тока возбуждения СД меньше граничного значения о потребляет реактивную мощность из сети о выдает реактивную мощность в сеть о потребляет только активную мощность о выдает в сеть активную мощность о работает в режиме тормоза Рабочими характеристиками СД называют зависимость о кпд от коэффициента мощности о частоты вращения от мощности на валу о кпд, коэффициента мощности, тока возбуждения от мощности на валу двигателя о тока статора от напряжения сети о тока статора от напряжения сети При увеличении нагрузки запас устойчивости СД о уменьшается о увеличивается о не изменяется о меняется незначительно о может увеличиться но может и уменьшиться В каком состоянии находится синхронный двигатель если скольжение S=0 ? о ротор заторможен о ротор вращается с номинальной скоростью о ротор вращается с синхронной скоростью о ротор вращается с частотой = 60f/p о двигатель находится в синхронном режиме Что называется якорем синхронной машины? о вращающаяся часть с обмоткой возбуждения о неподвижная часть с питанием обмоток от трехфазной сети о токосъемные кольца о коллектор о станина КПД синхронного двигателя имеет максимум при о номинальной нагрузке о на холостом ходу о 10 % номинальной нагрузки о 70-75% номинальной нагрузки о при перегрузке
Синхронная машина чаще всего используется о в двигательном режиме о в режиме тормоза о в генераторном режиме о в режиме синхронного компенсатора о в режиме резонанса Если величина тока возбуждения СД равна граничному значению о потребляет реактивную мощность из сети о выдает реактивную мощность в сеть о потребляет только активную мощность о выдает в сеть активную мощность о работает в режиме тормоза Может ли СД отдавать реактивную мощность в сеть о может о не может о может потреблять реактивную мощность о может потреблять только активную мощность о может при токе возбуждения больше граничного Какая зависимость называется U-образной характеристикой СД? о Электромагнитного момента от угла рассогласования о ЭДС от тока возбуждения о кпд от тока возбуждения о величины тока статора от тока возбуждения о коэффициента мощности от тока возбуждения Реактивным синхронным двигателем называется СД о без обмотки возбуждения с анизотропным сплошным ротором о с ротором из жесткой магнитной стали о короткозамкнутым ротором о с полым ротором о с обмоткой возбуждения на статоре Что называется якорем синхронной машины? о вращающаяся часть с обмоткой возбуждения о неподвижная часть с питанием обмоток от трехфазной сети о токосъемные кольца о коллектор о станина При увеличении числа пар полюсов статора предельный электромагнитный момент о увеличивается о уменьшается о меняется незначительно о не меняется о резко уменьшается Какое определение синхронного двигателя верно ? о Коллекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями о Коллекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковыми скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковыми скоростями о Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме рабочее магнитное поле и ротор вращаются с одинаковыми скоростями При устройстве ротора реактивного СД используется о магнитожесткая сталь о магнитомагкая сталь и алюминий о только диамагнетик о постоянный магнит о несколько постоянных магнитов
3. Электрические машины постоянного тока
Электрические малины постоянного тока (двигатели и генераторы) находят широкое применение в различных областях техники. Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования. Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования, как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы. Генераторы постоянного тока входят в состав систем электропитания специального оборудования, например в радиотехнических установках, при зарядке аккумуляторов, для питания электролитических ванн, в сварочных агрегатах постоянного тока и т.д.[1,2,3] Общим недостатком электрических машин постоянного тока является сложность их конструкции, связанная главным образом со щеточно-коллекторным аппаратом. Кроме того, в коллекторно-щеточном аппарате, осуществляющем постоянную перекоммутацию цепей электрической машины, возникает искрение. Это снижает надежность машин и ограничивает область их применения. Существенным недостатком двигателей постоянного тока является необходимость предварительного преобразования для них электрической энергии цепи переменного тока в электрическую энергию цепи постоянного тока.
3.1. Краткие теоретические сведения Машина постоянного тока (МПТ) — электрическая машина, обмотка якоря которой соединена с электрической сетью постоянного тока с помощью механического(коллект р) или полупроводникового преобразователя частоты. Машины постоянного тока классифицируются: а) по назначению — генераторы (ГПТ) и двигатели (ДПТ) постоянного тока; б) по способам возбуждения (в зависимости от того, как обмотка возбуждения включена по отношению к обмотке якоря): с независимым, параллельным, последовательным, смешанным возбуждением (МПТ имеет одну последовательную и одну параллельную обмотки возбуждения), с постоянными магнитами.[2] Номинальный режим — режим работы МПТ при условиях, для которых она предназначена заводом-изготовителе . Соответствующие номинальному режиму мощность, напряжение на главных зажимах машины, ток, частота вращения, КПД называются номинальными и указываются на заводской табличке (шильдике), прикрепленной к корпусу машины. Основные формулы, описывающие электромагнитные процессы в МПТ как в генераторном, так и двигательном режимах работы, следующие: ЭДС якоря (ЭДС параллельной ветви обмотки якоря) E_я=?С_0 ???_ где С0 = =Np/2?a - постоянная, N — число активных проводников в обмотке якоря, р — число пар главных полюсов, а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря, ?= ?n/30 — угловая скорость вращения якоря. Магнитный поток на полюс ?=B_ср l? где Bср — среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре под главным полюсом, l — расчетная длина сердечника якоря, ? — полюсное деление (часть окружности якоря, приходящаяся на один полюс). Электромагнитная мощность? P?_эм=E_я I_я=?M_эм
Электромагнитный момент ? M?_эм=M=C_0 I_я ?=P_эм/? где IЯ — ток якоря. Мощность потерь Pп в МПТ ?-?P_п=P_пмх+P_пм+P_п +P_пв+P_пд ? P_пмх, P_пм, P_пэ— мощность механических, магнитных (мощность потерь в стали сердечника якоря) и электрических (в обмотке якоря) потерь, P_пэ=?I_я?^2 R_я, R_я-внутреннее сопротивление цепи якоря; P_пв=?I_в U?_(в )= ?I_в?^2 R_в - мощность потерь на возбуждение в МПТ с электромагнитным возбуждением, где ? I?_в и? U?_(в ) — ток в цепи возбуждения и напряжение на ее зажимах, а R_в — эквивалентное сопротивление этой цепи; P_пд=0,01P_ном I^*— мощность добавочных потерь, I^*=I/I_ном — относительное значение тока МПТ. Коэффициент полезного действия (КПД) ?=P_2/P_1 =1-(?-P_2 )/(P_2+?-P_п )
где Р1 — мощность энергии, подведенной к МПТ, Р2 - полезная мощность МПТ.
3.2 Задачи к практическим занятиям
Задача № 12 Угловая скорость вращения якоря МПТ ?[с-1],число активных проводников обмотки якоря N, магнитный поток на полюс Ф [Вб]. Найти значения коэффициента С0 и ЭДС якоря в Четырехполюсной машине с простой волновой обмоткой (?=1), данные взять из таблицы 12.1
(12.1)
(12.2)
Где : N-число активных проводников в обмотке якоря, p – число пар главных полюсов, ?- число пар параллельных ветвей обмотки якоря. Таблица 12.1
Задача № 13 Определить магнитный поток на полюс, необходимый для индуцирования в обмотке якоря машины постоянного тока ЭДС Ея [в] при частоте вращения n2, если обмотка якоря четырехполюсной машины имеет четыре параллельные ветви(?=4), а число активных проводников в каждой параллельной ветви = Np , данные взять из таблицы 13.1
Задача № 14 Определить число полюсов машины постоянного тока при частоте вращения якоря n2 =1500 об/мин, если при токе IЯ [А] электромагнитный момент равен М [Нм]. Магнитный поток полюса Ф [Вб], обмотка якоря имеет четыре параллельные ветви 264 активных проводников. Данные взять из таблицы 14.1 согласно варианту.
Задача № 15 Номинальная мощность генератора постоянного тока Pном [кВт], ?ном%, мощность механических, магнитных и добавочных потерь составляет ?Pммд% от номинальной мощности, сопротивление якоря Rя [Ом]. Определить ток якоря, если мощность потерь в цепи возбуждения составляет ?Pв [Вт]. Данные взять из таблицы 15.1 ?Pя=Iя2* Rя (15.1) ?Pсумм = ?Pя + ?Pммд + ?Pв (15.2)
Задача № 17 Определить электромагнитный момент и ток якоря двигателя параллельного возбуждения при напряжении U[В] и частоте вращения n[об/мин], если известны сопротивление якоря Rя[Ом], постоянный коэффициент С0, магнитный поток на полюс Ф[Вб]. Данные взять из таблицы 17.1
В каком состоянии находится машина постоянного тока если ЭДС якоря больше напряжения питания? о двигательном режиме о генераторном режиме о режиме электромагнитного тормоза о якорь заторможен о в номинальном режиме Скорость вращения якоря ДПТ постоянного тока с параллельным возбуждением при увеличении механической нагрузки о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается Какой узел машины постоянного тока обеспечивает преобразование постоянного тока в переменный? о обмотки якоря о обмотка возбуждения о станина о щетки о щетки с коллектором Почему в универсальном коллекторном двигателе переменного тока используется только последовательное возбуждение? о из-за сдвига фаз в обмотке возбуждения о из-за нагрева щеток о из-за низкого кпд о из-за низкого вращающего момента о из-за низкого вращающего момента От чего зависит динамический момент электропривода в уравнении движения? о от скорости вращения ротора электродвигателя о от приведенного момента инерции о от производной скорости вращения ротора электродвигателя о от температуры обмоток ротора о момента сопротивления
Как изменится частота вращения якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении сопротивления цепи якоря? о увеличится о уменьшится о не изменится о может увеличится но может увеличится о изменится несущественно Как изменится величина ЭДС якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении механической нагрузки? о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается
В каком режиме находится ДПТ постоянного тока с параллельным возбуждением, если эдс якоря меньше питающего напряжения? о двигательном режиме о генераторном режиме о режиме электромагнитного тормоза о якорь заторможен о в номинальном режиме Какие устройства входят в состав электропривода? о электродвигательное о преобразовательное о передаточное о генерирующее о возбуждающее
В каком состоянии находится ДПТ с параллельным возбуждением если якорь вращается в противоположном номинальному режиму направлении ? о двигательном режиме о генераторном режиме о режиме электромагнитного тормоза о якорь заторможен о в номинальном режиме Чем универсальный коллекторный двигатель отличается от ДПТ? о возможностью питания от цепи как постоянного так и переменного тока о наличием шихтованного якоря и станины о отсутствием коллекторно-щеточного узла о наличием полупроводникового выпрямителя о отсутствием обмотки возбуждения
Как изменится частота вращения якоря ДПТ с параллельным возбуждением при уменьшении тока возбуждения ? о увеличится о уменьшится о не изменится о может увеличится но может увеличится о изменится несущественно Какими достоинствами обладает ДПТ со смешанным возбуждением по сравнению с ДПТ с параллельным возбуждением ? о обеспечение устойчивого режима на холостом ходу о более мягкая механическая характеристика о стоимостью о простотой конструкции о простотой конструкции
Как изменится частота вращения якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении нагрузки? о увеличится о уменьшится о не изменится о может увеличится но может увеличится о изменится несущественно Искусственной механической характеристикой ДПТ с параллельным возбуждением называется зависимость о тока якоря от нагрузки о скорости вращения от тока возбуждения о тока якоря от тока возбуждения о скорости вращения от механической нагрузки при отсутствии сопротивления в цепи якоря о скорости вращения от механической нагрузки при наличии сопротивления в цепи якоря Каким способом можно уменьшить токи коммутации в универсальном коллекторном двигателе? о введением компенсационной обмотки о смещением щеток с геометрической нейтрали о введением резисторов в обмотку якоря о уменьшением частоты питающего напряжения о изменением фазы питающего напряжения
От чего зависит частота вращения якоря машины постоянного тока? о от частоты питающего напряжения о от величины магнитного потока о от числа пар полюсов о от ЭДС якоря о коэффициента мощности электропитающей сети Как изменится величина ЭДС якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении тока возбуждения? о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается
Скорость вращения якоря ДПТ постоянного тока с параллельным возбуждением при уменьшении питающего напряжения о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается Естественной механической характеристикой ДПТ с параллельным возбуждением называется зависимость о тока якоря от нагрузки о скорости вращения от тока возбуждения о тока якоря от тока возбуждения о скорости вращения от механической нагрузки при отсутствии сопротивления в цепи якоря о скорости вращения от механической нагрузки при наличии сопротивления в цепи якоря Универсальной характеристикой ДПТ с параллельным возбуждением называется зависимость о скорости вращения якоря от механической нагрузки при условии изменения момента нагрузки в широких пределах с изменением знака о тока якоря от нагрузки о скорости вращения якоря от тока якоря о скорости вращения якоря от тока возбуждения о скорости вращения якоря от тока возбуждения
Регулировочной характеристикой ДПТ с параллельным возбуждением называется зависимость о скорости вращения якоря от механической нагрузки о тока якоря от нагрузки о скорости вращения якоря от тока якоря о скорости вращения якоря от тока возбуждения о скорости вращения якоря от тока возбуждения
В каком режиме находится ДПТ постоянного тока с последовательным возбуждением при отсутствии нагрузки? о в режиме холостого хода о в номинальном режиме о в аварийном режиме о в режиме перегрузки о в режиме максимального кпд С какой целью в состав электропривода введено преобразовательное устройство? о для усиления электрической мощности о для согласования электропитающей сети с параметрами электродвигателя о для повышения кпд о для уменьшения температуры нагрева обмоток электродвигателя о для снижения момента нагрузки на валу
Скорость вращения якоря ДПТ постоянного тока с параллельным возбуждением при увеличении тока возбуждения о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается Как изменится частота вращения якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении сопротивления цепи якоря? о увеличится о уменьшится о не изменится о может увеличится но может увеличится о изменится несущественно
Электромеханической характеристикой ДПТ с параллельным возбуждением называется зависимость о скорости вращения якоря от механической нагрузки о тока якоря от нагрузки о скорости вращения якоря от тока якоря о скорости вращения якоря от тока возбуждения о скорости вращения якоря от тока возбуждения
Как изменится величина ЭДС якоря ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении сопротивления в цепи возбуждения? о не изменяется о увеличивается о уменьшается о незначительно увеличивается о незначительно уменьшается Чем отличается мощность цепи якоря ДТП с параллельным возбуждением от мощности подаваемой из сети? о потерями на коллекторно-щеточном узле о потерями на перемагничивание якоря о потерями на обмотку возбуждения о потерями на активном сопротивлении якоря о потерями на активном сопротивлении якоря Почему в ДПТ с последовательным возбуждением используется только согласное включение обмотки возбуждения? о из-за снижения кпд о из-за роста потерь на перемагничивание о из-за неустойчивой механической характеристики о из-за увеличения температуры обмотки якоря о из-за снижения температуры обмотки якоря С какой целью в цепи якоря ДПТ вводится реостат ? о регулирование скорости вращения якоря о для стабилизации скорости вращения якоря о для снижения потерь в цепи якоря о для облегчения пусковых режимов ДПТ о для увеличения мощности ДПТ Чем отличается характеристика генератора постоянного тока(ГПТ) с независимым возбуждением от ГПТ с параллельным возбуждением? о не отличается о более жесткая о более мягкая о наличием зоны неустойчивости о отсутствием зоны неустойчивости
Библиография Борисов Ю.М., Липатов Ю.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника : учебник. —СПб БХВ-Петербург, 2012. — 592 с.: ил. —(Учебная литература для вузов) Иванов И. И., Лукин А. Ф., Соловьев Г. И. Электротехника. Основные положения, примеры н задачи. 2-е изд., исправленное. — СПб.: Издательство «Лань», 2002.— 192 с. Табл. 29, ил. 84, бнбл. 9. — (Учебники для вузов. Специальная литература). Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника : Учебник для вузов. Academia, 2008. 504 с. Копылов И. П. Электрические машины. Учебник для вузов — 6-е изд. Высшая школа, 2009. 607 с. Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники : Курс лекций. 6-е изд. СПб., Корона принт, 2009. 368 с. Электротехнический справочник : в 2 т. / В. Г. Герасимов, И. Н. Орлов М: Издательский дом МЭИ, 2007. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах / Ю. М. Осипов, Е. А. Петров, В. А. Прянишников. СПб., КОРОНА-Век, 2007. 336 с. ГОСТ 19880-74. Электротехника. Основные понятия. Термины и определения. ГОСТ 1494-77. Электротехника. Буквенные обозначения основных величин.
