МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
(МЗЭТ ГОУ СПО ИЭК)
Барнаульский филиал
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
По теме «Электрические машины и трансформаторы»
Деркач Николай Николаевич шифр Д—2170
3 курса, специальности 140206-01 .
Вопрос № 1 Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Значение опытов. Напряжение короткого замыкания
Электрическая схема замещения позволяет с достаточной точностью исследовать свойства трансформаторов в любом режиме. Использование этой схемы при определении характеристик имеет наибольшее практическое значение для трансформаторов мощностью 50 кВ-А и выше, так как исследование таких трансформаторов методом непосредственной нагрузки связано с некоторыми техническими трудностями: непроизводительным расходом электроэнергии, необходимостью в громоздких и дорогостоящих нагрузочных устройствах.
Определение параметров схемы замещения Z1 = r1+jx1; Zm = rm+jxm', Z2/=r2/+jx2/ возможно либо расчетным (в процессе расчета трансформатора), либо опытным путем. Ниже излагается порядок определения параметров схемы замещения трансформатора опытным путем, сущность которого состоит в проведении опыта холостого хода (х. х.) и опыта короткого замыкания (к. з.).
Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (zн=бесконечности, I2=0). В этом случае уравнения ЭДС и токов (1.34) принимают вид
Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, мощность на входе трансформатора в режиме х. х. Pq расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02 r1 (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2—10% I1ном, электрическими потерями I02 r1 можно пренебречь и считать, что вся мощность х. х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.,
Опыт х. х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рис. 1.29, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке; напряжение U20 на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р0 и ток Х.Х. Iо.
Напряжение к первичной обмотке трансформатора обычно подводят через регулятор напряжения РН, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15 U1ном-
При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов,- а затем строят характеристики х.х.: зависимость тока х.х. I0," мощности х.х. Pq и коэффициента мощности х.х. соs ф0 от первичного напряжения U1 (рис. 1.30).
Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнито-провода, которое наступает при некотором значении напряжения U1.
В случае трехфазного трансформатора опыт х.х. проводят по схеме, показанной на рис. 1.29, б. Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:
где P0 и P0" — показания однофазных ваттметров; U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.
По данным опыта х. х. можно определить: коэффициент трансформации
ток х.х. при U 1ном (в процентах от номинального первичного тока)
(1.45)
потери х. х. P0.
В трехфазном трансформаторе токи х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему
поэтому мощность Р0 следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рис. 1.29, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. Io(r1+jx1) (рис. 1.31) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:
Обычно в силовых трансформаторах общего применения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х. х. i0=10/0,6%.
Если же фактические значения тока х. х. Iном и мощности х. х. Р0 ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1 ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличии корот-козамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.
Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (zH=0), при этом вторичное напряжение U2=0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.
При опыте к.з. вторичную обмотку однофазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 1.32, а), а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РН до некоторого значения Uк ном, при котором токи к. з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I1к =I1ном) и вторичной (I2к =I2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к. з., представляющие собой зависимость тока к. з. I1K, мощности к. з. Рк и коэффициента мощности cos срк от напряжения к. з. UK (рис. 1.33).
В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рис. 1.32, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:
В случае трехфазного трансформатора активную мощность измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к. з.
В (1.52) Рк и Рк" — показатели однофазных ваттметров, Вт.
Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в процентах от номинального напряжения:
Вопрос №2 Средства улучшения коммутации в машинах постоянного тока
Таблица 13.1. Степень искрения (класс коммутации) электрических машин постоянного тока
Большое практическое значение * при эксплуатации машин постоянного тока имеют вопросы улучшения коммутации. Основной причиной неудовлетворительной коммутации является возникновение в коммутирующих секциях добавочного тока коммутации
1. Выбор вдетак, С точки зрения обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразно применение щеток с большим падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке, т.е. щетки с большим сопротивлением rщ, что привело бы к уменьшению тока iд. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте таких щеток невелика, поэтому их применение в машинах со значительным током якоря ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. В связи с этим щетки с большим rш используют преимущественно в машинах с относительно высоким напряжением, а следовательно, с небольшим током якоря.
2. Уменьшение реактивной ЭДС в коммутирующих секциях. Снижению реактивной ЭДС, индуцируемой в коммутирующих секциях, способствует уменьшение коэффициентов взаимной индуктивности М и самоиндукции Lс.. Понижение коэффициента М достигается применением обмоток якоря с укороченным шагом (у1 < т) и щеток шириной не более чем в два-три коллекторных деления. Уменьшение коэффициента самоиндукции Lсдостигается сокращением числа витков в секциях обмотки.
Из этого следует, что для улучше ния коммутации необходимо умень шить величину добавочного тока ком мутации. Этого можно достигнуть не сколькими способами.
3. Добавочные полюса. Назначение добавочных полюсов — создание магнитного поля в зоне коммутации с магнитной индукцией Вд.п такого значения и направления, чтобы «подавить» магнитную индукцию от реакции якоря Вр.я, и сверх этого создать в зоне коммутации магнитную индукцию Вк. Индукция Вк должна быть достаточной для индуцирования в коммутирующей секции ЭДС вращения евр, равную по величине и противоположную по направлению реактивной ЭДС ер, так чтобы суммарная ЭДС в коммутирующей секции оказалась равной нулю.
Добавочные полюса располагают между главными полюсами по линии геометрической нейтрала, а их обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, чем обеспечивается автоматическое поддержание на требуемом уровне значения магнитной индукции в зоне коммутации при изменениях нагрузки машины. Все машины постоянного тока мощностью свыше 1 кВт снабжаются добавочными полюсами, число которых принимают равным числу главных полюсов или же вдвое меньшим. Добавочные полюса обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только при нагрузках в пределах номинальной. При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи этих полюсов и коммутация ухудшается.
Однако добавочные полюсы не устраняют полностью нежелательного воздействия реакции якоря на распределение магнитной индукции в зазоре машины постоянного тока. Поэтому в мощных быстроходных машинах постоянного тока, работающих в режиме интенсивных нагрузок, применяют компенсационную обмотку. Эту обмотку включают последовательно в цепь якоря и располагают в полюсных наконечниках главных полюсов машины (рис. 13.9). Компенсационная обмотка создает МДС по поперечной оси встречно магнитному потоку якоря и компенсирует его.
4. Смещение щеток с геометрической нейтрали. В машинах мощностью до 1 кВт без добавочных полюсов улучшение коммутации достигается смещением щеток с геометрической нейтрали в направлении вращения якоря у генераторов или встречно направлению вращения якоря у двигателей. Этот способ улучшения коммутации применим лишь в нереверсируемых электрических машинах, работающих с неизменной нагрузкой.
Искрение на коллекторе является интенсивным источником электромагнитных колебаний частотой от 1000 до 3000 Гц. Эти колебания распространяются по сети и вызывают помехи в радиоприемных устройствах. Для устранения помех применяют подавляющие электрические фильтры из проходных конденсаторов типа КБП емкостью от 0,1 до 1,0 мкФ (рис. 13.10). У этих конденсаторов одним из зажимов является металлическая оболочка, прикрепляемая к заземленному корпусу машины.
Вопрос № 3 Устройство и принцип действия автотрансформатора.
Его достоинства и недостатки
Основное конструктивное отличие автотрансформатора от трансформатора состоит в том, что в автотрансформаторе часть обмотки ВН является обмоткой НН. В связи с этим энергия из первичнойцепи во вторичную передается не только за счет магнитной связи между этими цепями, но и за счет непосредственной электрической связи этих цепей. Рассмотрим работу однофазного понижающего автотрансформатора (рис. 3.2, а).
Участок обмотки аХ—общий для первичной и вторичной цепей. Пренебрегая током х. х., запишем уравнение МДС:
I1 wAX + waX I2=0.
Разделив это уравнение на число витков обмотки wAX, получим уравнение токов автотрансформатора:
I1+ I2 (waX / wAX )=0, или I1= - I2 / kA , (3.5)
где kA = wAX/waX — коэффициент трансформации автотрансформатора.-
По общей части витков аХ обмотки автотрансформатора проходит ток I12, равный алгебраической сумме токов, т. е.
I12 = I1 + I2. (3.6)
В понижающем автотрансформаторе вторичный ток больше первичного, т. е. I2>I1. Из этого следует, что в этом трансформаторе ток I12 в общей части витков аХ равен разности вторичного и первичного токов:
I12 =I2-I1. (3.7)
Если коэффициент трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это позволяет выполнить часть аХ обмотки автотрансформатора из провода меньшего сечения.
Введем понятие проходной мощности автотрансформатора, пред- ставляющей собой всю передаваемую мощность Sпp=U2I2 из первичной цепи во вторичную. Кроме того, различают еще расчетную мощность Sрасч, представляющую собой мощность, передаваемую из первичной во вторичную цепь магнитным полем. Расчетной эту мощность называют потому, что размеры и вес трансформатора зависят от величины этой мощности. В трансформаторе вся проходная мощность является расчетной, так как между обмотками трансформатора существует лишь магнитная связь. Но в автотрансформаторе между первичной и вторичной цепями помимо магнитной связи существует еще и электрическая. Поэтому расчетная мощность составляет лишь часть проходной мощности, другая ее часть передается между цепями без участия магнитного поля. В подтверждение этого разложим проходную мощность автотрансформатора Sпр=I2U2 на составляющие. Воспользуемся для этого выражением (3.7), из которого следует, что I2=I1+I12. Подставив это выражение в формулу проходной мощности, получим
Snp=U2I2=U2(I1+I12)=U2I1+U2I12=Sэ + Sрасч. " (3.8)
Здесь Sэ—U2I1 — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во вторичную благодаря электрической связи между этими цепями.
Таким образом, расчетная мощность в автотрансформаторе Sрас= U2I12 составляет лишь часть проходной. Это дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать магни-топровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности.
Средняя длина витка_обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди на выполнение" обмотки авто-трансформйтораГ Одновременно уменьшаются магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается^
Таким образом, автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и электротёх"ничё-ская сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%.
Указанные преимущества автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность SЭ, а следовательно, чем меньше расчетная часть проходной мощности.
Мощность SЭ, передаваемая из первичной во вторичную цепь благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением
Sэ = U2I1 = U2I2/kA = Sпр/kA, (3.9)
т. е. величина мощности Sэ обратно пропорциональна коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.
Из графика, изображенного на рис. 3.3, видно, что применение автотрансформатора дает заметные преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших значениях коэффициента трансформации. Например, при kA=\ вся мощность автотрансформатора передается во вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (Sэ/Sпр=1).
Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA 2. При большой величине коэффициента трансформации преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в следующем:
1. Большие токи к.з. в случаях понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и X (см. рис. 3.2, а) напряжение U1 подводится лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от разрушающего действия токов к.з., поэтому токи к.з. должны ограничиваться сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь автотрансформатора.
2. Электрическая связь стороны ВН со стороной НН; это требует усиленной электрической изоляции всей обмотки.
3. При использовании автотрансформаторов в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне ВН.
4. В целях обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять автотрансформаторы для питания цепей НН от сети ВН.
Задача № 1
Выберите тип обмотки и рассчитайте её шаги. Обоснуйте свой выбор. Начертите развёрнутую схему и схему параллельных ветвей обмотки якоря машины постоянного топка.
Исходные данные:
Число пар полюсов Р = 1
Число элементарных пазов Zэ = 15
Число секций S = 15
Число коллекторных пластин. К = 15
Ток в якоре Ia = 600А
Ток параллельной ветви должен ограничивается значением. ia = ( 300 – 350) А
Ia = 2a ia
2a – число параллельных ветвей обмотки якоря
ia – ток одной параллельной ветви
2а = 2Р ia = Ia/2a = 600/2*1 = 300A
Выбираем простую петлевую обмотку.
Задача № 2
Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением работает в номинальном режиме с мощностью Рном при напряжении Uном и токе Iном. Ток в обмотке возбуждения -- Iв, в обмотке якоря - Iа. Сопротивление обмотки возбуждения при tхол = 20 °С - RВ 20°С, а обмотки якоря – Ra 20°С. ЭДС генератора- Е. КПД генератора - rном, а суммарные потери мощности в генераторе ∑ р.
По заданным в таблице 2 значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками. Начертите схему такого генератора и поясните назначение каждого элемента схемы.
ЗАДАЧА 3
Трехфазный трансформатор
имеет номинальную мощность SHQM. номинальные
(линейные) напряжения обмоток U1ном и U2ном - номинальные токи I 1ном и I 2ном и коэффициент трансформации k. В сердечнике трансформатора сечением Q создается магнитная индукция Втах при частоте тока
= 50 Гц. Обе обмотки соединены в-звезду. Числа виткоз первичной
и вторичной обмоток – w1 и w2. ЭДС
в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По заданным в таблице 3
значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.
www.neuch.ru
МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
(МЗЭТ ГОУ СПО ИЭК)
Барнаульский филиал
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
По теме «Электрические машины и трансформаторы»
Деркач Николай Николаевич шифр Д—2170
3 курса, специальности 140206-01 .
Вопрос № 1 Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Значение опытов. Напряжение короткого замыкания
Электрическая схема замещения позволяет с достаточной точностью исследовать свойства трансформаторов в любом режиме. Использование этой схемы при определении характеристик имеет наибольшее практическое значение для трансформаторов мощностью 50 кВ-А и выше, так как исследование таких трансформаторов методом непосредственной нагрузки связано с некоторыми техническими трудностями: непроизводительным расходом электроэнергии, необходимостью в громоздких и дорогостоящих нагрузочных устройствах.
Определение параметров схемы замещения Z1 = r1+jx1; Zm = rm+jxm', Z2/=r2/+jx2/ возможно либо расчетным (в процессе расчета трансформатора), либо опытным путем. Ниже излагается порядок определения параметров схемы замещения трансформатора опытным путем, сущность которого состоит в проведении опыта холостого хода (х. х.) и опыта короткого замыкания (к. з.).
Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (zн=бесконечности, I2=0). В этом случае уравнения ЭДС и токов (1.34) принимают вид
Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, мощность на входе трансформатора в режиме х. х. Pq расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02 r1 (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2—10% I1ном, электрическими потерями I02 r1 можно пренебречь и считать, что вся мощность х. х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.,
Опыт х. х. однофазного трансформатора проводят по схеме, изображенной на рис. 1.29, а. Комплект электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке; напряжение U20 на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р0 и ток Х.Х. Iо.
Напряжение к первичной обмотке трансформатора обычно подводят через регулятор напряжения РН, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15 U1ном-
При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов,- а затем строят характеристики х.х.: зависимость тока х.х. I0," мощности х.х. Pq и коэффициента мощности х.х. соs ф0 от первичного напряжения U1 (рис. 1.30).
Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнито-провода, которое наступает при некотором значении напряжения U1.
В случае трехфазного трансформатора опыт х.х. проводят по схеме, показанной на рис. 1.29, б. Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:
где P0 и P0" — показания однофазных ваттметров; U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.
По данным опыта х. х. можно определить: коэффициент трансформации
ток х.х. при U 1ном (в процентах от номинального первичного тока)
(1.45)
потери х. х. P0.
В трехфазном трансформаторе токи х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему
поэтому мощность Р0 следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рис. 1.29, б. Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. Io(r1+jx1) (рис. 1.31) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:
Обычно в силовых трансформаторах общего применения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х. х. i0=10/0,6%.
Если же фактические значения тока х. х. Iном и мощности х. х. Р0 ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1 ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличии корот-козамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.
Опыт короткого замыкания. Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко (zH=0), при этом вторичное напряжение U2=0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.
При опыте к.з. вторичную обмотку однофазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 1.32, а), а к первичной обмотке подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его регулятором напряжения РН до некоторого значения Uк ном, при котором токи к. з. в обмотках трансформатора становятся равными номинальным токам в первичной (I1к =I1ном) и вторичной (I2к =I2ном) обмотках. При этом снимают показания приборов и строят характеристики к. з., представляющие собой зависимость тока к. з. I1K, мощности к. з. Рк и коэффициента мощности cos срк от напряжения к. з. UK (рис. 1.33).
В случае трехфазного трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рис. 1.32, б, а значения напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:
В случае трехфазного трансформатора активную мощность измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к. з.
В (1.52) Рк и Рк" — показатели однофазных ваттметров, Вт.
Напряжение, при котором токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в процентах от номинального напряжения:
Вопрос №2 Средства улучшения коммутации в машинах постоянного тока
Таблица 13.1. Степень искрения (класс коммутации) электрических машин постоянного тока
Большое практическое значение * при эксплуатации машин постоянного тока имеют вопросы улучшения коммутации. Основной причиной неудовлетворительной коммутации является возникновение в коммутирующих секциях добавочного тока коммутации
1. Выбор вдетак, С точки зрения обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразно применение щеток с большим падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке, т.е. щетки с большим сопротивлением rщ, что привело бы к уменьшению тока iд. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте таких щеток невелика, поэтому их применение в машинах со значительным током якоря ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. В связи с этим щетки с большим rш используют преимущественно в машинах с относительно высоким напряжением, а следовательно, с небольшим током якоря.
2. Уменьшение реактивной ЭДС в коммутирующих секциях. Снижению реактивной ЭДС, индуцируемой в коммутирующих секциях, способствует уменьшение коэффициентов взаимной индуктивности М и самоиндукции Lс.. Понижение коэффициента М достигается применением обмоток якоря с укороченным шагом (у1 < т) и щеток шириной не более чем в два-три коллекторных деления. Уменьшение коэффициента самоиндукции Lсдостигается сокращением числа витков в секциях обмотки.
Из этого следует, что для улучше ния коммутации необходимо умень шить величину добавочного тока ком мутации. Этого можно достигнуть не сколькими способами.
3. Добавочные полюса. Назначение добавочных полюсов — создание магнитного поля в зоне коммутации с магнитной индукцией Вд.п такого значения и направления, чтобы «подавить» магнитную индукцию от реакции якоря Вр.я, и сверх этого создать в зоне коммутации магнитную индукцию Вк. Индукция Вк должна быть достаточной для индуцирования в коммутирующей секции ЭДС вращения евр, равную по величине и противоположную по направлению реактивной ЭДС ер, так чтобы суммарная ЭДС в коммутирующей секции оказалась равной нулю.
www.coolreferat.com
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Электрические машины и аппараты»
Специальность: 140448 "Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Москва2014ОдобреноПредметно-цикловой комиссией Протокол №______от «____»__________20____ г.Председатель ПЦК __________ И.О.Мартынова
Составлено в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 140448 "Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Методист _________ И.О. Мартынова «___»__________2014__г.
Руководитель структурного подразделения по СПО__________ И.О. Мартынова «___»__________2014г.
Составил преподаватель: Мельников В.Н.
Контрольная работа
По дисциплине «Электрические машины и аппараты»
Для заочного обучения по специальности 140448 "Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования"
Контрольная работа состоит из двух частей: 1) теоретическая часть - пять вопросов в каждом варианте по разделам: 1. машины постоянного тока;2. трансформаторы;3. машины переменного тока;4. электрические аппараты.2) практическая часть - решение трёх задач в каждом варианте.Вариант задания соответствует номеру студента по учебному журналу и указан в приложении к данной работе.Работа выполняется на листах формата А4 в печатном или рукописном виде. Ответы на вопросы необходимо давать конкретные. При решении задач перед расчетом каждой величины приводятся расчетные формулы и текст, поясняющий расчет. В полученных результатах обязательно указывать размерности величин.
Задания по вариантам:Вариант 1
1. Принцип действия двигателя постоянного тока. противо-ЭДС двигателя.2. Какие потери в трансформаторе не зависят от нагрузки и какие изменяются при изменении нагрузки? Из каких опытов можно определить потери в стали и потери в меди трансформатора?3. Как устроен асинхронный двигатель?4.Способы возбуждения синхронных машин5. Какие датчики могут использоваться в термореле, поясните их принцип работы.Задачи:1-1; 5-8; 6-1.
Вариант 2
1. Генератор постоянного тока со смешанным возбуждением. Его свойства и применение.2. Почему нельзя включать на параллельную работу трансформаторы с разными группами соединения?3. В чем сходство асинхронного двигателя с трансформатором и в чем их существенное различие?4 Условия включения синхронных генераторов на параллельную работу.5. Поясните принцип работы фотореле.Задачи: 1-2; 5-7; 6-2.
Вариант 3
1. Что называется реакцией якоря в машинах постоянного тока? Вредные последствия реакции якоря2. Опыт короткого замыкания трансформатора. Практическое значение опыта. Что называется напряжением К.З..?3. Объясните, почему включение реостата в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором снижает пусковой ток и увеличивает пусковой момент двигателя4. Устройство синхронных машин5. Как снижают вредное влияние дуги в контакторах?Задачи: 1-3; 5-6; 6-3
Вариант 41. Принцип действия двигателя постоянного тока. противо-ЭДС двигателя.2. Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Распределение нагрузки при параллельной работе трансформаторов.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Критическое скольжение. Перегрузочная способность.4. Принцип действия синхронного двигателя.5. Устройство контакторов, их изностойкость.Задачи: 1-4; 5-5; 6-4.
Вариант 51. Двигатель с параллельным возбуждением. Его характеристики.2. Опыт холостого хода трансформатора. Практическое значение опыта.3. Объясните принцип работы асинхронного двигателя.4. Синхронный компенсатор. Принцип действия и устройство.5. Основные узлы и параметры контактора.Задачи: 1-5; 5-4; 6-5.
Вариант 6
1. Сущность коммутационного процесса в машинах постоянного тока.2. Почему в опыте x.x. трансформатора пренебрегают потерями мощности в обмотках, а в опыте К.З. – потерями мощности в сердечнике3. Начертите зависимость вращающего момента двигателя от его скольжения и объясните, почему возможна устойчивая работа двигателя только при изменении скольжения от S=0 до S=Sн.4. Принцип действия синхронного генератора5. Поясните, почему в контакторах переменного тока возникает вибрация и как она устраняется?Задачи: 1-6; 5-3; 6-6.
Вариант 7
1. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Его характеристики и применение.2. Что такое «группа соединений» трансформатора?3. Почему асинхронные двигатели рекомендуется загружать до их номинальной мощности?4. Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора при активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках5. Поясните принцип работы магнитного пускателя.Задачи: 1-7; 5-2; 7-9.
Вариант 8
1. Для чего применяются добавочные полюса в машинах постоянного тока? Как они выполняются?2. Напишите и объясните формулу для определения к.п.д. трансформатора. При каком условии к.п.д. достигает максимума?3. Принцип действия однофазного асинхронного двигателя.4. Что такое синхронизация генераторов?5. Что такое электромеханические реле и их применение?Задачи: 1-8; 4-10; 7-1.Вариант 9
1. Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока.2. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора и как он зависит от схемы соединений обмоток трансформатора?3. Как влияет изменение напряжения на величину электромагнитного момента двигателя?4 Как производится пуск синхронного двигателя?5. Поясните принцип теплового реле с термобиметаллическим элементом.Задачи: 1-9; 4-9; 7-2.
Вариант 10
1. Пуск в ход двигателя постоянного тока.2. Почему недопустимо размыкание вторичной обмотки работающего трансформатора тока?3. Что такое тормозной режим работы асинхронного двигателя и как изменяется скольжение в этом режиме работы?4. Каковы конструктивные особенности явнополюсных и неявнополюсных машин? Какие машины исполняются явнополюсными, какие – неявнополюсными?5. Что такое «уставка» реле, как она регулируется?Задачи: 2-1; 4-8; 7-3.
Вариант 11
1. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением.2. Устройство трехфазного силового трансформатора.3. Как влияет изменение напряжения на величину электромагнитного момента двигателя? Почему включение крупного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может привести к остановке остальных работающих двигателей, питающихся от одной и той же сети?4. Внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора.5. Почему сила тяги электромагнита зависит от величины воздушного зазора? Как она меняется при изменении этого зазора?Задачи: 2-2; 4-7; 7-4.
Вариант 12
1. Как определяется ЭДС обмотки якоря?2. Как производится регулирование напряжения трансформаторов?3. Начертите рабочие характеристики асинхронного двигателя и объясните их характер.4. Почему перевозбужденный синхронный двигатель улучшает коэффициент мощности установки?5. Каковы преимущества и недостатки электромагнитов переменного тока по сравнению с электромагнитами постоянного тока?
Задачи: 2-3; 4-6; 7-5.Вариант 13
1. Виды потерь в машинах постоянного тока. Коэффициент полезного действия машин постоянного тока.2. Что такое внешняя характеристика трансформатора? Вид внешних характеристик трансформатора в зависимости от коэффициента мощности.3. Как влияет изменение активного сопротивления цепи ротора на механическую характеристику двигателей? Что такое критическое скольжение?4. Почему в синхронном двигателе ротор вращается со скоростью магнитного поля? Можно ли регулировать скорость вращения такого двигателя?5. Каким образом осуществляется гашение электрической дуги в рубильниках и выключателях?Задачи: 2-4; 4-5; 7-6.
Вариант14
1. Устройство машины постоянного тока.2. Каковы условия для включения трансформаторов на параллельную работу. Почему нельзя включать на параллельную работу трансформаторы с разными группами соединения?3. Как производится реверсирование и торможение асинхронных двигателей?4. Дать сравнительную характеристику синхронных и асинхронных двигателей.5. Что такое автоматический выключатель в электрических цепях и их применение?Задачи:2-5; 4-4; 7-7.
Вариант 15
1. Как можно регулировать скорость вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?2. Как устроен автотрансформатор, назначение и применение?3. Каким образом увеличивается пусковой момент в двигателях с двойной беличьей клеткой?4. Асинхронный пуск синхронного двигателя5. Конструкция низковольтных и высоковольтных выключателейЗадачи: 3-2; 4-3; 7-8.
Вариант 16
1. Генератор постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики генератора. Область применения.2. Как устроен трансформатор напряжения. В каком режиме он работает?3. Регулирование скорости вращения в асинхронных двигателях.4. Что такое «выпадение» синхронного двигателя из синхронизма и при каких условиях оно происходит?5. Назначение и принцип действия плавких предохранителей. Задачи: 3-4; 4-2; 7-10.
Задачи
Задача 1. Используя приведенные в табл. 1 значения параметров трехфазных масляных трансформаторов серии ТМ (в обозначении марки в числителе указана номинальная мощность трансформатора в кВА, в знаменателе – высшее напряжение в кВ), определить для каждого варианта значения параметров, величины которых не указаны в этой таблице. Обмотки соединены по схемам Y/Y. Частота тока в сети f = 50 Гц.
Таблица 1ПараметрТип трансформатора
Варианты
123456789
ТМ-1000/35ТМ-630/6ТМ-100/6ТМ-160/6ТМ-250/6ТМ-630/35ТМГ-4000/35ТМГ-1000/6ТМ-400/6
Основной магнитный поток Фmax, Вб
Число витков ·112001190
5222000
Число витков ·2
72
146
Сечение стержня магнитопровода Qст, мІ, при Вmax=1,5 Тл
Напряжение U1ном, кВ356666353566
Напряжение U2ном, кВ
0,40,50,50,4
3,150,40,4
Коэффициент трансформации к5,1
5,55
Задача 2. Однофазный двухобмоточный трансформатор номинальной мощностью Sном и номинальным током во вторичной цепи I2ном при номинальном вторичном напряжении U2ном имеет коэффициент трансформации к, при числе витков в обмотках ·1 и ·2. Максимальное значение магнитной индукции в стержне Вmax, а площадь поперечного сечения этого стержня Qст; ЭДС одного витка Eвтк, частота переменного тока в сети f = 50 Гц. Значения перечисленных параметров приведены в табл. 2. Требуется определить значения параметров для каждого варианта, не указанные в этой таблице.
Таблица 2ПараметрВарианты
12345
Sном, кВ · А
120
240600
U2ном, B400630
880660
·1
1800
·2
169128140
к10
1223,49,55
Eвтк, B4
6
Qст, мІ
0,018
0,022
Вmax, Тл1,51,41,5
1,55
I2ном, A162
140
Задача 3. Однофазный трансформатор включен в сеть с частотой тока 50 Гц. Номинальное вторичное напряжение U2ном, а коэффициент трансформации к (табл. 3). Определить число витков в обмотках ·1 и ·2, если в стержне магнитопровода трансформатора сечением Qст максимальное значение магнитной индукции Вmax. Коэффициент заполнения стержня сталью кс = 0,95.
Таблица 3ПараметрВарианты
12345678910
U2ном, B230400680230230400400680230230
к1810128106812148
Qст, мІ0,0650,080,120,180,0650,080,120,0760,060,085
Вmax, Тл1,21,61,81,31,41,51,21,31,51,2
Задача 4. В таблице 4. приведены данные следующих параметров трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: основной магнитный поток Ф, число последовательно соединенных витков ·1 в обмотке статора, номинальное скольжение Sном, ЭДС, индуцируемая в обмотке ротора при его неподвижном состоянии E2, и ЭДС ротора при его вращении с номинальным скольжением Е2s, частота этой ЭДС f2 при частоте вращения ротора nном. Частота тока в питающей сети 50Гц. Требуется определить значения параметров, не указанные в таблице в каждом из вариантов.Таблица 4ПараметрВарианты
12345678910
Ф, Вб0,030,0320,048
0,025
0,0280,028
·1, витков20
2416
2418
3618
kоб10,950,960,960,980,980,960,950,950,980,98
Sном0,02
0,050,04
0,05
2р4624
848
4
E1ф, В
210
98110200
120
100
E2, В
E2s, В
0,13
f2, Гц
2,53,2
2,5
nном, об/мин
970
2920
1470
Задача 5. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет данные, приведенные в таблице 5: максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре Вб, диаметр расточки статора D1, длина сердечника статора l1, равная 0,8D1, число полюсов в обмотках статора и ротора 2р, число последовательно соединенных витков в фазных обмотках статора ·1 и ротора ·2, обмоточные коэффициенты для основной гармоники статора коб1 и ротора коб2 принять равными коб1 = коб2 = 0,93. Требуется определить фазные значения ЭДС в обмотке статора E1 и в обмотке фазного ротора при неподвижном его состоянии E2 и вращающемся со скольжением s, частоту тока в неподвижном и вращающемся роторе. Частота тока в питающей сети f =50Гц
Таблица 5ПараметрВарианты
12345678910
Вб, Тл1,51,351,501,401,451,501,381,451,501,38
D1, мм160160228235160300280320360290
l1, мм180130180190130250250270300250
2р4446446486
·148182432483632361224
·26461016121618812
s, %61210651281068
Задача 6. Трехфазный асинхронный двигатель включен в сеть с напряжением 380 В, частотой 50 Гц, обмотка статора соединена “звездой”. Статический нагрузочный момент на валу двигателя Мс, полезная мощность двигателя Рном, потребляемая из сети мощность Р1ном, КПД·ном, коэффициент мощности cos·1, величина тока в фазной обмотке статора I1ном, число полюсов 2р, скольжение sном. Некоторые из перечисленных параметров указаны в таблице 6. Требуется определить значения недостающих параметров.
Таблица 6ПараметрВарианты
123456
Рном, кВт
12
1522
Р1ном, кВт
14,6
27,835
·ном, %88
8589
90
cos·10,860,780,80
0,78
I1ном, А
1830
62
Мс, H ·м180
105
145
sном, %53,5
3
3
2р64
446
Задача 7. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2р = 4 включен в сеть напряжением 380 В, частотой 50Гц при соединении обмотки статора “треугольником”. В таблице 7 приведены параметры двигателя, соответствующие его номинальной нагрузке: мощность двигателя Рном, КПД·ном, коэффициент мощности cos·1. При нагрузкеP2 = 0,85 Рном КПД двигателя имеет наибольшее значение ·max = 1,03·ном. Необходимо определить все остальные виды потерь двигателя для режима номинальной нагрузки.
Таблица7ПараметрВарианты
12345678910
Рном, кВт3,545,57,5111518,5223037
·ном, %81828585,58687,5889090,591
sном, %6,5543,3332,72,52,32
cos·10,80,80,820,840,860,870,890,890,90,9
Вопросы к экзамену:Принцип действия двигателя постоянного тока. Противо-ЭДС двигателя.Генератор постоянного тока со смешанным возбуждением. Его свойства и применение.Что называется реакцией якоря в машинах постоянного тока? Вредные последствия реакции якоря.Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Распределение нагрузки при параллельной работе трансформаторов.Двигатель с параллельным возбуждением. Его характеристики.Почему нельзя включать на параллельную работу трансформаторы с разными группами соединения?Сущность коммутационного процесса в машинах постоянного тока.Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Его характеристики и применение.Для чего применяются добавочные полюса в машинах постоянного тока? Как они выполняются?Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока.Пуск в ход двигателя постоянного тока.Опыт короткого замыкания трансформатора. Практическое значение опыта.Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением.Опыт холостого хода трансформатора. Векторная диаграмма. Практическое значение опыта.Что такое группы соединений трансформаторов?Как определяется ЭДС обмотки якоря?Виды потерь в машинах постоянного тока. Коэффициент полезного действия машин постоянного тока.
Принцип действия асинхронного двигателя.Условия включения синхронных генераторов на параллельную работу.Принцип действия синхронного двигателя.Механическая характеристика асинхронного двигателя. Критическое скольжение. Перегрузочная способность.Синхронный компенсатор. Принцип действия и устройство.Рабочие характеристики асинхронного двигателя.Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора при активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках.Пуск в ход асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Способы уменьшения пускового тока.Характеристики холостого хода и короткого замыкания синхронного генератора.Пуск в ход асинхронного двигателя с фазным ротором.Регулирование скорости асинхронных двигателей.Способы возбуждения синхронных генераторов.Способы пуска в ход синхронных двигателей.Глубокопазный асинхронный двигатель.Принцип действия синхронного генератора. Явнополюсные и неявнополюсные машины, в чем их отличие?Реверсирование и торможение асинхронных двигателей.
Устройство машины постоянного тока.Почему двигатели с последовательным возбуждением находят широкое применение в тяговых установках?В чем заключается отличие петлевой обмотки от волновой?Какую роль играют две обмотки возбуждения в генераторе со смешанным возбуждением?Почему в машинах без дополнительных полюсов приходится сдвигать щетки с линии геометрической нейтрали?Виды потерь в машинах постоянного тока. Деление потерь на постоянные и переменные.Почему нельзя пускать двигатель постоянного тока без пускового реостата?Для чего применяют добавочные полюса? Почему добавочные полюса делают ненасыщенными?В чем заключается принцип самовозбуждения машины постоянного тока? Какие условия необходимы для этого?Генератор с параллельным возбуждением. Его характеристики.Что случится с двигателем последовательного возбуждения, если пустить его вхолостую? Объясните причины этого явления. Генератор постоянного тока независимого возбуждения. Характеристики генератора. Область применения.Как можно регулировать скорость вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?Принцип измерения скорости тахогенератором.
Какие потери в трансформаторе не зависят от нагрузки и какие изменяются при изменении нагрузки? Из каких опытов можно определить потери в стали и потери в меди трансформатора?Что такое группа соединений трансформатора?Напишите и объясните формулу для определения к.п.д. трансформатора. При каком условии к.п.д. достигает максимума?Почему недопустимо размыкание вторичной обмотки работающего трансформатора тока?Что называется напряжение к.з.?При каких условиях включенные на параллельную работу трансформаторы будут делить между собой нагрузку пропорционально номинальным мощностям?Каковы условия для включения трансформаторов на параллельную работу.Что называется коэффициентом трансформации трансформатора и как он зависит от схемы соединений обмоток трансформатора?Что такое внешняя характеристика трансформатора? Вид внешних характеристик трансформатора в зависимости от коэффициента мощности.Как устроен автотрансформатор?Как устроен трансформатор напряжения. В каком режиме он работает?Устройство трехфазного силового трансформатора.Почему в опыте x.x. трансформатора пренебрегают потерями мощности в обмотках, а в опыте к.з. – потерями мощности в сердечнике?Что называется номинальными первичным и вторичным напряжениями, токами и номинальной мощностью трансформатора?Практическое значение опыта к.з.Как производится регулирование напряжения трансформаторов?
Принцип работы синхронного генератора.Как производится пуск синхронного двигателя?Внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора.Синхронный компенсатор. Устройство и принцип действия.Почему перевозбужденный синхронный двигатель улучшает коэффициент мощности установки?Почему в синхронном двигателе ротор вращается со скоростью поля? Можно ли регулировать скорость вращения такого двигателя?Каковы конструктивные особенности явнополюсных и неявнополюсных машин? Какие машины исполняются явнополюсными, какие – неявнополюсными?
Как устроен асинхронный двигатель?Объясните, почему включение реостата в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором снижает пусковой ток и увеличивает пусковой момент двигателя.В чем сходство асинхронного двигателя с трансформатором и в чем их существенное различие?Каким образом можно получить у асинхронного двигателя скорости вращения, гораздо большие 3000 об/мин?Объясните принцип работы асинхронного двигателя.Начертите зависимость вращающего момента двигателя от его скольжения и объясните, почему возможна устойчивая работа двигателя только при изменении скольжения от S=0 до S=Sн.Почему асинхронные двигатели рекомендуется загружать до их номинальной мощности?Как влияет изменение напряжения на величину электромагнитного момента двигателя?Принцип действия однофазного асинхронного двигателя.Какими недостатками обладает асинхронный двигатель?Как создается вращающееся магнитное поле?Как влияет изменение напряжения на величину электромагнитного момента двигателя?Почему включение крупного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может привести к остановке остальных работающих двигателей, питающихся от одной и той же сети?Что такое тормозной режим работы асинхронного двигателя и как изменяется скольжение в этом режиме работы?Начертите рабочие характеристики асинхронного двигателя и объясните их характер.Как влияет изменение активного сопротивления цепи ротора на механическую характеристику двигателей? Что такое критическое скольжение?Устройство и принцип действия трехфазного коллекторного двигателя. Каким образом увеличивается пусковой момент в глубокопазных двигателях?Принцип действия и устройство однофазного последовательного коллекторного двигателя.Каким образом увеличивается пусковой момент в двигателях с двойной беличьей клеткой? Как производится реверсирование и торможение асинхронных двигателей?
Литература:1.Кацман М.М. Электрические машины - М.: Академия, 2008.2.Кацман М.М. Сборник задач по электрическим машинам - М.: Издательский центр «Академия», 2009.3.Кацман М.М. Лабораторные работы по электрическим машинам и электроприводу - М.: Академия, 2010.4.О.В.Девочкин и др.Электрические аппараты- М.: Академия, 2011.
13 PAGE \* MERGEFORMAT 141515
15
educontest.net
