Методические указания и задания для контрольной работы учебной дисциплины «Электрические машины»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа, методические указания и задания для контрольной работы учебной дисциплины «Электрические машины» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 1806 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)
и является единой для всех форм обучения: очной, заочной и экстерната, а также для всех видов и типов образовательных учреждений, реализующих основные профессиональные образовательные программы среднего профессионального образования.

Учебная дисциплина «Электрические машины» является общепрофессиональной для специальности 1806. Рабочая программа базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

Иметь представление

:

-о роли и месте учебной дисциплины в основной профессиональной образовательной программе данных специальностей и в сфере профессиональной деятельности техника;

-о роли электрических машин и трансформаторов в производстве и передаче электрической энергии потребителю;

-о тенденциях и перспективах развития электрических машин;

-о назначении и областях применения электрических машин;

знать:

-классификацию, конструкции электрических машин, принципы работы, технические параметры и характеристики;

-безопасные правила эксплуатации;

-условия эксплуатации и критерии выбора электрических машин;

уметь
:

-измерять электроэнергетические параметры электрических машин:

-определять расчетным путем основные параметры электрических машин.

При изучении рабочей дисциплины необходимо постоянно обращать внимание студентов на ее прикладной характер, показывать, где и когда изучаемые теоретические положения и практические умения могут быть использованы в будущей практической деятельности.

Основная форма изучения курса – самостоятельная работа над учебной литературой и материалами периодической печати, технической документацией.

Изучение дисциплины следует начинать с изучения литературы, указанной в каждой теме. При этом рекомендуется последовательность в изучении программного материала. Приступая к изучению темы, необходимо внимательно прочитать её от начала до конца, найти в рекомендованной литературе соответствующие параграфы и проработать их.

Всё это даёт возможность составить себе ясное представление о содержании темы. После этого можно приступать к более глубокому изучению темы. При изучении отдельного параграфа, прежде всего, нужно весь его медленно прочитать, обдумывая каждое предложение.

Для текущего контроля качества усвоения дисциплины студент предоставляет в техникум одну домашнюю контрольную работу.

К выполнению контрольной работы можно приступать только после изучения соответствующей темы и получения навыка решения задач. Все задачи и расчёты должны быть доведены до окончательного числового результата.

Контрольная работа выполняются по одному из 30 вариантов.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клетку. Работа выполняется аккуратным почерком, с интервалом между строками. После каждой решённой задачи необходимо оставлять место для замечаний преподавателя. При выполнении контрольной работы можно также использовать любые доступные средства информационных технологий, в том числе компьютерные.

Тексты условий необходимо полностью переписывать, рисунки к задачам должны быть выполнены чётко в соответствии с требованиями ГОСТов технического черчения.

Решение задач следует делить на пункты. Каждый пункт должен иметь подзаголовок с указанием, что и как определяется, по каким формулам, на основе каких теорем, законов и правил.

Преобразование формул необходимо производить в общем виде, а уже затем подставлять исходные данные. Порядок подставления числовых значений должен соответствовать порядку расположения в формуле буквенных обозначений этих величин.

При решении задач необходимо применять только Международную систему единиц физических величин (СИ) и стандартные символы для обозначения этих величин.

Правильность всех вычислений надо тщательно проверять, обратив внимание на соблюдение единиц, подставляемых в формулу значений величин и оценить правдоподобность ответа.

Выполненную контрольную работу следует своевременно предоставить в техникум.

После получения зачтённой работы, студент должен изучить все замечания, ошибки и доработать материал.

Работа, выполненная не по своему варианту или не полностью, проверке не подлежит.

Вариант контрольной работы определяется по двум последним цифрам шифра студента.

В техникуме, во время лабораторно – экзаменационной сессии для студентов – заочников будут прочитаны обзорные лекции по наиболее сложным темам и проведены практические и лабораторные занятия.

Оценка по дисциплине «Электрические машины» ставится преподавателем после проведения экзамена с учётом качества выполненной контрольной работы и лабораторно – практических занятий.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Наименование разделов и тем	Максимальная учебная нагрузка	Количество аудиторных часов при очной форме обучения			Самостоятельная работа студента
		всего	в т.ч. практических	в т.ч. лабораторных
1	2	3	4	5	6
Введение	3	2			1
Раздел1. Трансформаторы	28	20	2	8	8
Тема 1. 1Устройство и рабочий процесс однофазного трансформатора	10	8	4	2
Тема 1.2 Трехфазные трансформаторы	6	4	2	2
Тема 1. 3 Специальные трансформаторы	8	4	2	4
Тема 1. 4 Выбор и упрощенный расчет трансформатора	4	4	2
Раздел 2. Физические основы работы и использования электрических машин	4	4
Тема 2.1 Преобразование видов энергии в электрических машинах	2	2
Тема 2.2 Энергетические показатели эффективности использования электрических машин	2	2
Раздел 3 Электрические машины переменного тока	48	38		12	10
Тема 3.1 Рабочий процесс асинхронной машины	14	12	2	2
Тема 3.2 Пуск, реверсирование и регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя	8	6	2	2

Тема 3.3 Однофазный и конденсаторный асинхронный двигатели	8	6	4	2
Тема 3.4 Асинхронные машины специального назначения	4	2	2
Тема 3.5 Устройство и принцип действия синхронной машины	6	6	2
Тема 3.6 Синхронные двигатели и компенсаторы	6	4	2	2
Тема 3.7 Синхронные машины специального назначения и исполнения	2	2
Раздел 4 Электрические машины постоянного тока	50	36	4	4	14
Тема 4.1 Принцип работы и устройство машины постоянного тока	4	4	2
Тема 4.2 Магнитная цепь машины постоянного тока	4	2
Тема 4.3 Коммутация в машинах постоянного тока	6	4	2	2
Тема 4.4 Генераторы постоянного тока	12	8	2	4
Тема 4.5 Двигатели постоянного тока	12	8	2	4
Тема 4.6 Потери и кпд машин постоянного тока	4	4
Тема 4.7 Машины постоянного тока специального назначения и исполнения	8	6	2
Всего по дисциплине:	133	100	6	24	33

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Студент должен:

иметь представление

:

- о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения образовательной программы по специальности;

-о роли электрических машин и трансформаторов в производственном процессе.

Задачи дисциплины и ее содержание. Понятие, классификация и принцип действия электрических машин. Роль электрических машин и трансформаторов в электрификации и автоматизации производства и их назначение. Физические явления, лежащие в основе работы электрических машин и трансформаторов. Современное состояние отечественного и зарубежного электромашиностроения и перспективы его развития.

Методические указания

История развития электрических машин очень коротка, но современную жизнь невозможно представить себе без электрических машин, как на производстве так и в быту. Большой вклад в создание и усовершенствование электрических машин и трансформаторов внесли русские ученые: Яблочков П.Н., Якоби Б.С., Доливо- Добровольский М.О. и др.

На современном этапе развития общества в целом, предъявляются высокие требования к конкурентноспособной на мировом рынке продукции, в том числе, и продукции электромашиностроения и трансформаторостроения.

Приступая к изучению темы студент должен повторить законы электротехники: Ома, Кирхгофа, закон электромагнитной индукции и электромагнитной силы; а также основные понятия и определения электротехники.

Электрические машины- это машины преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы) и наоборот (двигатели). Трансформаторы не являются электрическими машинами, но физические процессы происходящие в трансформаторах очень схожи с физическими процессами происходящими в электрических машинах, поэтому данная тема рассматривается в дисциплине «Электрические машины».

Вопросы для самоконтроля

1.Каково состояния развития электромашиностроения на современном этапе развития?

2.Когда и кем был изобретен трехфазный асинхронный двигатель?

3.Сформулируйте закон Ома и закон электромагнитной индукции

4. В чем заключается принцип обратимости электрических машин?

5. В каких единицах измеряется магнитная индукция и магнитный поток?

6.Дайте определения тока, напряжения, сопротивления, мощности, электрической энергии.

7. Приведите классификацию электрических машин

Раздел 1. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Тема 1. 1 Устройство и рабочий процесс однофазного трансформатора

Студент должен:

иметь представление:

-о назначении и областях применения трансформаторов ;

знать:

-

классификацию, устройство и принцип действия трансформато ров;

- схему замещения приведенного трансформатора;

-уравнения напряжений, электродвижущих и магнитодвижущих сил и токов трансформатора;

-безопасные правила эксплуатации;

уметь:

-

рассчитывать коэффициент трансформации;

-измерять электрические величины при исследовании трансформаторов.

Назначение, области применения, классификация, устройство, принцип действия и рабочий процесс трансформаторов. Потери и коэффициент полезного действия. Уравнения напряжений, электродвижущих, магнитодвижущих сил, токов. Приведение параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной. Уравнения электродвижущих, магнитодвижущих сил приведенного трансформатора. Схема замещения и векторная диаграмма приведенного трансформатора. Многообмоточный трансформатор. Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие №1

Измерение электрических величин при исследовании однофазного двухобмоточного силового трансформатора. (4 час).

Методические указания

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования, посредством явления электромагнитной индукции, одного переменного тока или напряжения в другой переменный ток или напряжение. При этом частота, мощность, кривая тока и напряжения остаются неизменными.

При изучении темы следует обратить внимание на устройство силовых трансформаторов и способы их охлаждения, на рабочий процесс трансформаторов и комплексную форму записи уравнений, на определение по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания параметров схемы замещения трансформатора и КПД, построение внешней характеристики трансформатора опытным и расчетным путем.

Вопросы для самоконтроля

1.В чем заключается принцип действия трансформаторов?

2. Как можно классифицировать трансформаторы?

3. Что представляет собой энергетическая диаграмма трансформа тора?

4. От чего зависит КПД трансформатора ?

5. Какими уравнениями можно описать рабочий процесс трансформатора?

6. Каково применение многообмоточных трансформаторов?

7.Какие правила эксплуатации при обслуживании трансформаторов?

Литература: (
1, стр.12-33; 40-52)

Тема 1.2 Трехфазные трансформаторы

Студент должен:

знать:

-схемы и основные группы соединений обмоток трехфазного трансформатора;

-назначение параллельной работы трансформаторов;

-условия и порядок включения трансформаторов на параллельную работу;

-безопасные правила эксплуатации;

уметь:

-различать группы соединений обмоток трансформаторов.

Трансформирование трехфазного тока. Схемы и основные группы соединений обмоток трехфазных трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов. Условия включения и распределения нагрузки между трансформаторами. Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие №2

Исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов. (2 час)

Методические указания

Трансформирование трехфазной системы напряжений можно осуществить тремя однофазными трансформаторами, соединенными в трансформаторную группу, однако громоздкость, большой вес, повышенная стоимость-недостаток трансформаторной группы, ограничивающий ее применение.

У трехфазных трансформаторов обмотки расположены на трех стержнях, объединенных в общий магнипопровод двумя ярмами. Полученный таким образом магнитопровод является нессиметричным, так как сопротивление потокам крайних фаз больше чем сопротивление потоку средней фазы. В связи с этим магнитопроводы трехфазных трансформаторов имеют конструктивные отличия от магнитопроводов однофазных трансформаторов и при намагничивании магнитопроводов возникают явления на которые следует обратить внимание при изучении данного вопроса.

Вопросы для самоконтроля:

1.Как осуществляется трансформирование трехфазного тока?

2. Как выполняются магнитопроводы трехфазных трансформаторов?

3. Что такое группа соединения трансформатора и какие можно назвать основные и производные группы соединения? Как их получить?

4. Чем обусловлена параллельная работа трансформаторов?

5.Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

6. Как распределяется нагрузка между параллельно работающими трансформаторами?

Литература: (
1, стр. 33-37, 56-65)

Тема 1.3 Специальные трансформаторы

Студент должен:

иметь представление

:

-о назначении и областях применения специальных трансформаторов;

знать:

-классификацию, конструктивные особенности трансформаторов специального назначения;

-принцип действия трансформаторов специального назначения;

-пользоваться автотрансформатором с регулируемым напряжением при проведении лабораторных занятий.

Назначение и области применения специальных трансформаторов. Классификация: трансформаторы с плавным регулированием вторичного напряжения; измерительные трансформаторы напряжения и тока; сварочные трансформаторы; трансформаторы применяемые в высокочастотных цепях. Достоинства и недостатки автотрансформаторов. Устройство, особенности рабочего процесса автотрансформаторов.

Конструктивные особенности и принцип действия специальных трансформаторов.

Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие №3

Исследование однофазного автотрансформатора при разных коэффициентах трансформации. (2 час)

Методические указания:

Некоторые трансформаторы, кроме основной функции могут выполнять и дополнительные функции, что связано с особенностями конструкции и работы трансформаторов. Такие трансформаторы называются специальными. Например, это: трансформаторы с плавным регулированием напряжения, предусматривающие для плавного регулирования напряжения наличие скользящих по поверхности витков обмотки, контактов; наличие подвижного сердечника; наличие подмагничивающих шунтов. Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для включения во вторичные цепи таких трансформаторов измерительных приборов, устройств сигнализации, защиты, учета электрической энергии. Обычно у трансформаторов тока вторичные токи равны 1, 5 А, у трансформаторов напряжения 100, 100/.

Обратить внимание на принцип действия, конструктивные отличия, особенности работы сварочных трансформаторов, трансформаторов, применяемых в высокочастотных цепях, автотрансформаторов.

Вопросы для самоконтроля:

1.Каково назначение, особенности конструкции и работы трансформаторов с плавным регулированием напряжения?

2.Каково назначение, особенности конструкции и работы измерительных трансформаторов тока и напряжения?

3.Каково назначение, особенности конструкции и работы сварочных трансформаторов?

4.Каково назначение, особенности конструкции и работы трансформаторов применяемых в высокочастотных цепях?

5.Каково назначение, особенности конструкции и работы автотрансформаторов?

Литература: (
1, стр.67-70, 77-80, 85-87)

Тема 1.4 Выбор и упрощенный расчет трансформатора

Студент должен:

знать:

-исходные данные для ориентировочной оценки мощности выбираемого трансформатора;

уметь:

-выполнять расчеты сечения и числа витков обмоточных проводов;

-выбирать типовой магнитопровод для маломощных выпрямительных установок.

Ориентировочная оценка мощности трансформатора. Расчет сечения обмоточных проводов, числа витков и обмоток и выбор магнитопровода для маломощных выпрямительных установок.

Практическое занятие №1

Упрощенный расчет трансформатора (2 час
)

Методические указания

Для расчета параметров трансформатора, а именно сечения обмоточных проводов, числа витков и обмоток, выбора магнитопровода необходимо ориентировочно оценить мощность трансформатора в зависимости от предполагаемой или расчетной нагрузки трансформатора. Расчеты мощных трансформаторов очень трудоемки и осуществляются проектными институтами или специальными заводскими проектными бюро. Маломощные трансформаторы можно рассчитывать по упрощенным формулам. Рассчитанный, таким образом, трансформатор можно применять в профессиональной деятельности и быту.

Вопросы для самоконтроля:

1.Как определить мощность трансформатора?

2. Какие марки обмоточных проводов вы знаете? Их характеристика.

3. От чего зависит правильный расчет сечения обмоточных проводов?

4. От чего зависит правильный выбор числа витков обмоток высшего и низшего напряжения?

Литература:
(5, стр.33-38)

Раздел 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ И

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Тема 2.1 Преобразование видов энергии в электрических машинах.

Студент должен:

иметь представление

:

-ресурсо- и энергосберегающих технологиях при производстве электрической энергии;

знать:

-физическую сущность электрических и магнитных явлений, лежащих в основе принципа действия электрических машин;

-принцип преобразования видов энергии с помощью электрических машин.

Электрические и магнитные явления, лежащие в основе принципа действия электрических машин. Принцип действия электрической машины в режимах генератора и двигателя. Принцип преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Принцип обратимости электрических машин.

Методические указания
:

В основе принципа действия электрических машин лежат электрические и магнитные явления и в первую очередь закон электромагнитной индукции:
если внешней силой воздействовать на помещенный в магнитной поле проводник и перемещать его, то в проводнике будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление (потребитель), то под действием ЭДС в проводнике возникает ток. В результате взаимодействия тока с магнитным полем возникает электромагнитная сила, действующая на проводник. В этих положениях заложен принцип действия электрического генератора и электрического двигателя.

Взаимное преобразование электрической энергии в механическую и наоборот может происходить в одной и той же машине. Этот процесс называется принципом обратимости электрических машин и впервые был установлен русским ученым Э.Х.Ленцем.

Вопросы для самоконтроля:

1.Каковы основные принципы закона электромагнитной индукции?

2. Как осуществляется преобразование механической энергии в электрическую и наоборот?

3. В чем заключается принцип обратимости электрических машин?

4. Принцип действия генератора.

5. Принцип действия двигателя.

Литература:
(1, стр. 7-10, 88-92)

Тема 2.2 Энергетические показатели эффективности использования электрических машин

Студент должен:

иметь представление

:

-о способах обеспечения высоких энергетических показателей;

знать:

-энергетические показатели свойств электрических машин;

-меры, приводящие к снижению потерь электрической энергии и мощности в хозяйственной деятельности человека.

Энергетические показатели свойств электрических машин: коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, коэффициент нагрузки. Факторы, влияющие на энергетические показатели. Оценка свойств электрических машин по их характеристикам, представленным графически, и эффективности использования электрических машин. Ориентировочный выбор электрических машин. Ориентировочный выбор электрических машин для производственных целей. Предупредительные меры, снижающие затраты энергии.

Методические указания:

Энергетические параметры электрических машин, а именно КПД, коэффициент мощности, коэффициент нагрузки, взаимосвязаны между собой и с энергосистемой в целом. Знание этих параметров, правильная их оценка значительно влияет на правильный выбор электрических машин и затрат предприятия, объекта, в целом. Особая значимость вопросов данной темы требует к себе усиленного внимания.

Вопросы для самоконтроля
:

1. От чего зависит КПД электрических машин и как его повысить?

2. От чего зависит коэффициент мощности электрических машин и как его повысить?

3. Какие факторы влияют на загрузку электрических машин?

4. Как оценить свойства электрическим машин по их характеристикам?

5. Какие факторы влияют на выбор электрических двигателей?

Литература:
( )

Раздел 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Тема 3.1 Рабочий процесс асинхронной машины

Студент должен:

иметь представление

:

-о назначении и областях применения асинхронных машин;

знать:

-классификацию, устройство и принцип действия асинхронной машины;

-безопасные правила эксплуатации;

-влияние напряжения сети, активного сопротивления в цепи ротора на электромагнитный момент и механическую характеристику асинхронного двигателя;

-способы увеличения коэффициента мощности;

уметь:

-экспериментально определять механическую и рабочие характеристики асинхронного двигателя.

-проводить анализ механической характеристики асинхронного двигателя.

Назначение и области применения, классификация, конструкция и принцип действия асинхронной машины. Электромагнитный момент. Механические и рабочие характеристики асинхронного двигателя. Номинальный, максимальный и пусковой моменты. Критическое скольжение и перегрузочная способность. Потери и коэффициент полезного действия асинхронной машины. Влияние напряжения сети и активного сопротивления в цепи ротора на электромагнитный момент и механическую характеристику асинхронного двигателя. Безопасные правила эксплуатации асинхронных машин.

Лабораторное занятие №4

Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки. (2 час)

Методические указания

В соответствии с принципом обратимости асинхронные машины могут работать в режиме генератора, двигателя и тормозном. Но основным является двигательный режим, поэтому изучение асинхронных машин дается на примере двигателя. Обратите внимание на сходство и различие в устройстве асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

Рабочий процесс АД очень схож с рабочим процессом трансформатора. Порядок построения векторной диаграммы АД такой же как и трансформатора. О потерях в АД дает представление энергетическая диаграмма .

Особое внимание следует уделить вращающему моменту, который является важнейшей характеристикой АД. Величина вращающего момента значительно изменяется в зависимости от скольжения. Эта зависимость выражается механической характеристикой двигателя. При изучении механической характеристики нужно выделить участки устойчивой работы и усвоить математические зависимости для расчета механической характеристики. Значительный интерес представляет зависимость параметров (частота вращения, КПД, полезный момент, коэффициент мощности, ток потребляемый из сети) от полезной мощности на валу двигателя. Эти зависимости называются рабочими характеристиками.

Вопросы для самоконтроля:

1.Почему асинхронные генераторы не получили широкого распространения?

2. Как создается магнитное поле в синхронном генераторе?

3. Как изменяется скольжение при разгоне двигателя?

4.Для чего на валу фазного ротора установлены кольца?

5. Каков физический смысл основных уравнений АМ?

6. Почему с увеличением механической нагрузки на валу растет ток, потребляемый двигателем из сети?

7.При каком значении нагрузки КПД двигателя достигает номинального значения?

8. Почему АД работает устойчиво только при скольжении меньше критического?

9. Как добиться, чтобы критическое скольжение стало равным единице?

10. Какие причины вызывают провал в механической характеристике АД?

Литература: ( 1,
124-131; 153-167)

Тема 3.2 Пуск, реверсирование и регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя

Студент должен:

знать:

-пусковые свойства трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором;

-способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

-способы регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя

уметь:

-собирать электрические схемы для управления пуском и реверсом асинхронного двигателя.

Пуск в ход асинхронного двигателя с короткозамкнутым и с фазным ротором. Пусковые свойства трехфазных асинхронных двигателей. Реверсирование асинхронных двигателей. Способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей.

Лабораторное занятие №5

Опытное изучение способов пуска трехфазного

асинхронного двигателя.

Методические указания:

Вопросы, изложенные в данной теме, имеют большое практическое значение. В момент пуска двигатель находится в режиме короткого замыкания (КЗ) и по обмотке статора протекает ток КЗ (пусковой). Для уменьшения величины пускового тока используют различные способы пуска двигателя (непосредственным включением в сеть; при пониженном напряжении: переключение обмотки статора со звезды на треугольник, пуск через понижающий автотрансформатор, реакторный пуск; пуск включением в цепь ротора дополнительного сопротивления и др.). Следует обратить внимание на область применения каждого способа, его достоинства и недостатки, возможность улучшения пусковых свойств.

В процессе эксплуатации АД часто возникает необходимость в регулировании частоты вращения приводного механизма путем регулирования частоты вращения электродвигателя. Особо остро этот вопрос ставится в настоящее время. Существуют несколько способов регулирования частоты вращения, но, практически не один из них не дает возможности плавной, экономичной и простой регулировки, что является недостатком асинхронных двигателей и ограничивает их применение.

Вопросы для самоконтроля:

1.Чем оцениваются пусковые свойства асинхронных двигателей?

2.Почему при увеличении активного сопротивления ротора возрастает пусковой момент двигателя?

3. Почему при разгоне двигателя добавочное активное сопротивление в цепи ротора нужно уменьшить?

4. Каковы недостатки пуска прямым включением в сеть?

5.Можно ли улучшить пусковые свойства двигателей изменяя конструкцию?

6. Из какого материала и почему изготавливают пусковую и рабочую обмотку двухклеточного асинхронного двигателя?

7. Что представляет собой пусковая диаграмма двигателя?

8. Какие вы знаете способы регулирования частоты вращения?

9. При каком способе регулирования частоты можно осуществить плавное регулирование и где его целесоосбразно применять?

Литература
(1, стр.182- 196)

Тема 3.3 Однофазный и конденсаторный двигатели

Студент должен:

знать

:

-устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя;

-устройство и принцип действия конденсаторного асинхронного двигателя;

-безопасные условия эксплуатации;

уметь:

-опытным путем определять механические характеристики однофазного и конденсаторного двигателей;

-включать трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть.

Устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя. Механическая характеристика однофазного асинхронного двигателя. Пуск в ход однофазного двигателя. Работа трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме.

Фазосдвигающие элементы. Устройство и принцип действия конденсаторного асинхронного двигателя. Безопасные правила эксплуатации.

Методические указания

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели получили широкое применение в быту, однако в конструкции однофазных и конденсаторных двигателей имеются некоторые отличия по сравнению с трехфазными. Значительно отличается и рабочий процесс однофазных и конденсаторных АД, их пусковые и механические характеристики.

Вопросы для самоконтроля:

1.Почему пусковой момент однофазного асинхронного двигателя равен нулю?

2. Что такое фазосдвигающие элементы?

3.Почему некоторые конденсаторные двигатели называют двухфазными?

4. Как рассчитать мощность конденсатора для однофазного АД?

5. Каковы правила эксплуатации однофазных АД?

6. Каковы правила эксплуатации при обслуживании конденсаторов?

Литература:
(1, стр.196-202)

Лабораторное занятие №6

Исследование трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах. (4 час)

Тема 3.4 Асинхронные машины специального назначения и исполнения

Студент должен:

иметь представление:

-о назначении, областях применения асинхронных машин специального назначения;

знать:

-
классификацию, устройство, принцип работы, основные характеристики специальных асинхронных машин;

-безопасные правила эксплуатации.

Назначение и области применения асинхронных машин специального назначения. Типы асинхронных машин специального назначения и исполнения: асинхронные исполнительные двигатели, асинхронные двигатели с внешним ротором; машины синхронной связи: сельсины, магнесины; вращающиеся трансформаторы. Устройство, принцип работы, основные характеристики. Безопасные правила эксплуатации.

Методические указания:

Асинхронные машины кроме основного назначения- создания вращающего момента- могут использоваться: для преобразования электрического сигнала в механическое перемещение- вращение вала (асинхронные исполнительные двигатели); синхронизации вращения или поворота осей механизмов (сельсины); изменения величины, фазы и частоты напряжения (индукционные регуляторы, фазорегуляторы) и др. При изучении темы необходимо усвоить принцип работы указанных машин и области их применения.

Вопросы для самоконтроля:

1.Каковы конструктивные отличия, назначение и принцип действия асинхронных исполнительных двигателей? Маркировка.

2. Каковы конструктивные отличия, назначение и принцип действия асинхронных двигателей с внешним ротором? Маркировка.

3. Каковы конструктивные отличия, назначение и принцип действия сельсинов, магнесинов? Маркировка.

4. Каковы конструктивные отличия, назначение и принцип действия вращающихся трансформаторов?

Литература:
(1, стр.205-213)

Тема 3.5 Устройство и принцип действия синхронной

машины

Студент должен:

иметь представление:

-
о назначении и областях применения синхронных машин;

знать

-классификацию, устройство и принцип действия синхронных машин;

-влияние реакции якоря при различных нагрузках;

-условия включения синхронных генераторов на параллельную рабо ту;

-безопасные правила эксплуатации.

Назначение и области применения синхронных машин. Типы синхронных машин: машины явнополюсные и неявнополюсные: их устройство и принцип действия. Способы возбуждения синхронных машин. Гидрогенераторы и турбогенераторы: особенности конструктивного выполнения этих машин. Влияние вида нагрузки на характеристики. Потери и коэффициент полезного действия синхронного генератора. Параллельная работа синхронных генераторов. Явление самосинхронизации.

Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие №7

Исследование параллельной работы трехфазных синхронных генераторов. (2 час)

Методические указания

Практически все генераторы электрической энергии на электростанциях являются синхронными генераторами, поэтому при изучении данной темы уделяется большое внимание особенностям работы генераторов. Физические процессы, происходящие в синхронных машинах отличаются от физических процессов асинхронных машин, что связано с системой возбуждения СМ, созданием магнитного поля . Создание собственного магнитного поля в позволяет работать СМ с частотами вращения равными частотам поля. Это обстоятельство позволяет значительно улучшить энергетические характеристики СМ по сравнению с АМ.

Существует несколько способов создания магнитного поля (возбуждения) синхронных машин: электромашинное возбуждение, самовозбуждение, тиристорное возбуждение, бесщеточное возбуждение и возбуждение постоянными магнитами.

Следует обратить внимание и на влияние различных видов нагрузки на работу синхронных генераторов, реакцию якоря и необходимость и возможность включения генераторов на параллельную работу.

Вопросы для самоконтроля:

1.Чем отличаются синхронные машины от асинхронных?

2. Какие вы знаете способы возбуждения синхронных машин и в чем их различия?

3. Каковы конструктивные особенности синхронных машин?

4. Как влияет нагрузка на характеристики генератора?

5. В чем заключается реакция якоря?

6. Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

7. Как включить генераторы на параллельную работу с сетью?

8. Что представляет собой самосинхронизация генераторов?

Литература (
1, стр. 223-251)

Тема 3.6 Синхронные двигатели и компенсаторы

Студент должен:

иметь представление:

-о назначении и областях применения синхронных двигателей и компенсаторов;

знать:

-конструкцию, характеристики и принцип действия синхронного и компенсатора;

-способы пуска синхронного двигателя;

-безопасные условия эксплуатации;

уметь:

-производить пуск синхронного двигателя.

Назначение и области применения синхронных двигателей. Принцип работы и особенности конструкции синхронного двигателя. Способы пуска синхронного двигателя. Рабочие характеристики, влияние изменения тока в обмотке возбуждения. Перегрузочная способность.

Назначение, области применения, особенности работы и конструкции синхронных компенсаторов.

Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие №8

Исследование работы трехфазного синхронного двигателя. (2 час)

Методические указания

В данной теме рассматривается двигательный режим синхронной машины. Синхронный двигатель используется там, где требуется постоянная частота вращения, не зависящая от величины нагрузки. Особое внимание следует обратить внимание на процессы, дающие возможность использовать синхронный двигатель для компенсации реактивной мощности.

Вопросы для самоконтроля

1.Какой род тока требуется для питания обмоток статора и ротора синхронного двигателя?

2. Почему синхронный двигатель нельзя запустить простым подключением к сети?

3. Какую роль выполняет пусковая обмотка синхронного двигателя во время его работы?

4. При каком условии и почему синхронный двигатель начинает генерировать реактивный ток?

5. Как по внешнему виду отличить синхронный компенсатор от синхронного двигателя?

Литература:
(1, 269-279)

Тема 3.7 Синхронные машины специального назначения и исполнения

Студент должен:

иметь представление:

-назначении, областях применения синхронных машин специального назначения

знать:

-классификацию, устройство, принцип работы, основные характеристики синхронных машин специального назначения;

-безопасные правила эксплуатации;

уметь:

- составлять измерительные схемы при исследовании машин синхронной связи.

Назначение и области применения синхронных машин специального назначения и исполнения.

Классификация: реактивный и гистерезисный двигатели; шаговые двигатели. Устройство, принцип работы и основные характеристики этих машин. Безопасные правила эксплуатации.

Методические указания

Здесь следует обратить внимание на синхронные машины специального назначения: реактивный и гистерезисный двигатели, шаговые двигатели.

Отличительная особенность синхронных реактивных двигателей- отсутствие у них возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этом двигателе создается исключительно за счет МДС обмотки ротора. В двух и трехфазных СРД эта МДС является вращающейся.

Работа гистерезисного двигателя основана на действии гистерезисного момента, в результате явления магнитного запаздывания. Явление магнитного запаздывания заключается в том, что частицы ферромагнитного материала (помещенного во внешнее магнитное поле) представляющее собой элементарные магниты, стремится ориентироваться в соответствии с направлением внешнего поля.

Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) используют обычно в качестве исполнительных двигателей, преобразующих электрические сигналы (импульсы напряжения) в угловые или линейные перемещения (шаги).

Вопросы для самоконтроля:

1.Почему синхронные реактивные двигатели могут работать без возбуждения со стороны ротора?

2. Каковы достоинства и недостатки синхронных реактивных двигателей?

3. Какова физическая сущность возникновения гистерезисного момента?

4. Каково назначение и применение шаговых двигателей?

5. Как изменить направление вращения шагового двигателя?

6. Каковы безопасные условия эксплуатации специальных синхронных машин?

Литература:
(1, 284-292)

Раздел 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Тема 4.1 Принцип работы и устройство машины

постоянного тока

Студент должен:

иметь представление:

-о назначении и областях применения машин постоянного тока;

знать
:

-классификацию, конструкцию, технические характеристики и принцип действия генераторов и двигателей постоянного тока

уметь:

-рассчитывать номинальные величины и параметры машин постоянного тока по паспортным данным

Назначение, области применения электрических машин постоянного тока.

Классификация, устройство электрических машин постоянного тока и конструкция их основных узлов. Принцип действия машин постоянного тока, роль коллектора. ЭДС и электромагнитный момент машины постоянного тока.

Практическое занятие №2

Определение параметров машин постоянного тока по паспортным данным. (2 час)

Методические указания:

При изучении данной темы нужно обратить внимание на то, что в обмотке якоря генератора постоянного тока наводится переменная ЭДС, которая затем выпрямляется с помощью механического выпрямителя- коллектора, а в двигателе постоянного тока благодаря коллектору происходит изменение направление постоянного тока в проводниках обмотки якоря. Необходимо уяснить название отдельных частей машины и их назначение. Слабым конструктивным звеном МПТ является коллекторно- щеточный узел, поэтому следует особо обратить внимание на его конструкцию.

Вопросы для самоконтроля

1.Каково назначение основных конструктивных единиц МПТ?

2. Каково назначение основных и дополнительных полюсов?

3. Где размещаются и для чего предназначены обмотки возбуждения?

4. Как маркируются выводы обмоток машин постоянного тока?

5. Почему сердечник якоря шихтуют?

6. Каким образом достигается устойчивое и равномерное вращение ДПТ и ГПТ?

Литература
(1, 296-303)

Тема 4.2 Магнитная цепь машины постоянного тока

Студент должен:

знать:

-влияние реакции якоря и способы ее устранения

-способы возбуждения машин постоянного тока.

Магнитная цепь машины постоянного тока. Влияние реакции якоря машины постоянного тока. Магнитное поле машины при нагрузке. Устранение вредного влияния реакции якоря. Способы возбуждения машин постоянного тока.

Методические указания:

Изучение данной темы основывается на знаниях теории расчета магнитных цепей из дисциплины «Электротехника». Расчетная часть магнитной цепи разбивается на однородные участки, для них ведутся расчеты, на основании которых строится магнитная характеристика машины. Существенное влияние на работу электрической машины под нагрузкой и на ее характеристики оказывает магнитный поток, создаваемый обмоткой якоря, который искажает магнитное поле машины. Изучение реакции якоря, а также способов устранения ее вредного влияния следует уделить особое внимание, так как это необходимо для успешного изучения последующих тем.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что представляет собой магнитная цепь машины постоянного тока?

2. От чего зависит МДС машины постоянного тока ?

3. В чем заключается вредное действие реакции якоря?

4. Дайте определение геометрической и физической нейтрали?

5. Почему компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря?

6. Какое влияние на действие реакции якоря оказывает смещение щеток с геометрической нейтрали машины?

7. Какие способы улучшения реакции якоря вы знаете?

8. Способы возбуждения МПТ.

Литература:
(1, 332-336)

Тема 4.3 Коммутация в машинах постоянного тока

Студент должен:

знать:

-определение и сущность процесса коммутации;

-причины, вызывающие искрение на коллекторе;

-способы улучшения коммутации;

уметь
:

-рассчитывать электрические и физические величины при коммутации машин постоянного тока с различными схемами соединения обмоток якоря.

Определение и сущность процесса коммутации, виды коммутации. Причины, вызывающие искрение на коллекторе. Способы улучшения коммутации. Влияние на коммутацию типа обмоток, щеток и материала коллектора.

Практическое занятие №3

Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока. (2 час)

Методические указания:

Наиболее трудоемкой в изготовлении и сложной в эксплуатации частью машины является коллектор. Следует усвоить причины, которые могут привести к появлению искр на коллекторе, а в некоторых случаях и к тяжелой аварии- круговому огню. Появление искрения на коллекторе может служить причиной ухудшения работы радиопроиемных устройств.

Особое внимание следует обратить на сущность процесса коммутации, при котором происходит переключение параллельных ветвей обмотки, сопровождающееся изменением направления тока и возникновением ряда ЭДС в месте переключения (коммутации). Необходимо знать как улучшить коммутацию, чтобы продлить срок службы машины.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе?

2. Почему прямолинейная коммутация не вызывает видимого искрения?

3. Почему сопровождается искрением замедленная коммутация?

4. Какова роль добавочных полюсов улучшении коммутации?

5. В чем опасность кругового огня по коллектору?

6. Почему коллекторная машина постоянного тока может стать источником радиопомех?

7. Какой способ улучшения коммутации является наиболее эффективным и почему?

Литература:
(1,стр.337-352)

Тема 4.4 Генераторы постоянного тока

Студент должен:

иметь представление:

- об областях применения генераторов постоянного тока;

знать:

-классификацию, устройство, принцип действия и технические характеристики генераторов постоянного тока;

-условия и процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока параллельного возбуждения;

-правила безопасной эксплуатации;

уметь:

-экспериментально определять характеристики машин постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения, их устройство и принцип действия. Условия самовозбуждения. Характеристики генераторов с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением, эксплутационные требования, перспективы развития. Уравнение ЭДС и моментов для генератора.

Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие № 9

Исследование характеристик машины постоянного тока параллельного возбуждения в различных режимах работы. (2 час
)

Методические указания:

Генераторы постоянного тока- это, в основном, машины малых и средних мощностей применяемые для питание двигателей постоянного тока, цепей управления, а также в качестве возбудителей синхронных машин. Чаще всего для общепромышленного генераторы имеют параллельное или смешанное возбуждение.

При изучении данной темы необходимо обратить внимание на различия и сходства характеристик генераторов различных способов возбуждения.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какими уравнениями описывается рабочий процесс генератора?

2. При каких условиях происходит самовозбуждения генератора постоянного тока?

3. Чем и почему отличается по конструкции последовательная и параллельная обмотка возбуждения?

4. Почему внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения более жесткая, чем генератора параллельного возбуждения?

5. Почему при встречном включении обмоток возбуждения ГПТ смешанного возбуждения при увеличении нагрузки резко падает напряжение?

6. Почему генераторы последовательного возбуждения практически не используются?

Литература: (1, стр.352-362)

Тема 4.5 Двигатели постоянного тока

Студент должен:

иметь представление:

-об областях применения двигателей постоянного тока;

знать:

-конструкцию, технические характеристики и принцип действия двигателей постоянного тока;

-безопасные правила эксплуатации;

уметь:

-собирать и анализировать схему пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования двигателя постоянного тока

Области применения двигателей постоянного тока. Конструкция, технические характеристики и принцип действия двигателей постоянного тока.

Уравнения ЭДС и моментов для двигателей постоянного тока. Пуск двигателя в ход. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, их торможение и реверсирование.

Конструкция, технические характеристики и принцип действия универсального коллекторного двигателя.

Безопасные правила эксплуатации.

Лабораторное занятие № 10

Исследование работы генератора постоянного тока смешанного возбуждения.

Методические указания:

Электродвигатели постоянного тока общепромышленного назначения используют в приводах, не требующих регулирования частоты вращения в широких пределах и не предъявляющих требований к перегрузочному моменту. Такие двигатели выполняют с параллельной обмоткой возбуждения и легкой стабилизирующей последовательной обмоткой. Это обеспечивает им достаточно жесткую характеристику частоты вращения (8-15%). Двигатели общепромышленного применения изготавливают в защищенном исполнении, обычно с самовентиляцией или независимой вентиляцией.

Наглядное представление о свойствах ДПТ дает их механическая характеристика, изучению которой следует уделить особое внимание. Способы регулирования частоты вращения ДПТ необходимо рассматривать совместно с механическими характеристиками.

Вопросы для самоконтроля:

1.Почему пусковой ток ДПТ значительно выше рабочего тока?

2. Как изменяется частота вращения ДПТ параллельного, последовательного и смешанного возбуждения при увеличении нагрузки на валу?

3. Благодаря каким свойствам ДПТ последовательного возбуждения применяют в качестве тяговых и крановых?

4. В чем отличие искусственных механических характеристик от естественных?

5. Какими уравнениями описывается рабочий процесс ДПТ

Литература:
(1, стр.362-378)

Тема 4.6 Потери и КПД машин постоянного тока

Студент должен:

знать:

-виды потерь в машинах постоянного тока;

-зависимость потерь от нагрузки и коэффициента полезного действия (КПД);

уметь:

-рассчитать потери и построить график КПД машины постоянного тока

Виды потерь в машинах постоянного тока, их зависимость от нагрузки и КПД. Методы определения КПД машин постоянного тока.

Методические указания:

В процессе работы в электрической машине происходит преобразование одного вида энергии в другой. При этом часть энергии, поступающей в машину, рассеивается в отдельных ее участках, превращаясь в теплоту.

Электрическая энергия в МПТ расходуется на намагничивание, перемагничивание; гистерезис, вихревые токи; на нагрев обмоток и щеточного контакта; потери в цепи возбуждения и т.д.

Необходимо обратить внимание на коэффициент полезного действия МПТ по сравнению с другими электрическими машинами.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что представляет собой энергетическая диаграмма МПТ?

2. Какие виды потерь имеют место в машине постоянного тока?

3. Из-за чего возникают потери в щеточном контакте?

4. Что такое потери на возбуждение?

5. Как определяется КПД МПТ?

Литература:
(1, 380-384)

Тема 4.7 Машины постоянного тока специального назначения и исполнения

Студент должен:

иметь представление:

-о назначении и областях применения машин постоянного тока специального назначения;

знать:

-классификацию, устройство, принцип работы машин постоянного тока специального назначения и исполнения;

-безопасные правила эксплуатации;

уметь:

-составлять измерительные схемы при исследовании работы машин постоянного тока специального назначения и исполнения

Типы машин постоянного тока специального назначения и исполнения: высокомоментные и вентильные двигатели постоянного тока, малоинерционные двигатели, тахогенераторы, электромашинные усилители. Назначение, области применения, устройство, принцип работы машин постоянного тока специального назначения и исполнения.

Безопасные правила эксплуатации.

Методические указания:

Широкое использование электрических машин во всех областях производственной деятельности привело к разработке многочисленных конструктивных форм, соответствующих различному назначению и предъявляемым требованиям. Рассмотрению принципа действия и особенностей некоторых из них посвящена эта тема.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какую функцию в вентильном двигателе выполняет датчик положения ротора?

2. Каково назначение тахогенератора?

3. Каковы особенности конструкции и работы электромашинных усилителей?

Литература:
(1, стр.381-393)

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Кацман М.М. Электрические машины.- М.: Высшая школа, 1991.

2. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. - М.: Высшая школа, 2000.

3. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. - М.: Высшая школа, 1987.

4. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоиздательство, 1989.

5. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию.-М

«Высшая школа», 1991.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1.Современное состояние отечественного и зарубежного электромашиностроения и перспективы его развития.

2. Назначение, области применения, классификация, устройство трансформаторов.

3. Принцип действия двухобмоточного однофазного трансформатора. 4.Основные уравнения и схема замещения трансформатора.

5.Векторная диаграмма трансформатора.

6.Схемы и группы соединения трехфазных трансформаторов.

7.Условия параллельной работы и распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами.

8.Назначение, применение особенности конструкции и работы трансформаторов с плавным регулированием вторичного напряжения.

9 .Назначение, применение особенности конструкции и работы трансформаторов тока и напряжения.

10.Назначение, применение особенности конструкции и работы сварочных трансформаторов.

11.Назначение, применение особенности конструкции и работы трансформаторов применяемых в высокочастотных цепях.

12 .Назначение, применение особенности конструкции и работы автотрансформаторов.

13.Энергетические показатели свойств электрических машин и факторы, влияющие на эти показатели.

14.Назначение, применение и конструкция асинхронных машин.

15. Принцип действия асинхронного двигателя.

16. Электромагнитный момент и механические характеристики трехфазных АД.

17. Энергетическая диаграмма асинхронной машины.

18.Влияние напряжения сети и активного сопротивления на электромагнитный момент и механические характеристики АД.

19. Рабочие характеристики АД.

20. Пуск АД с к.з. ротором

21. Пуск АД с фазным ротором

22.Способы регулирования частоты вращения трехфазных АД.

23. Особенности конструкции и работы однофазного и конденсаторного АД.

24. Назначение, применение особенности конструкции и работы асинхронных исполнительных двигателей.

25. Назначение, применение особенности конструкции и работы асинхронных двигателей с внешним ротором.

26. Назначение, применение особенности конструкции и работы асинхронных машин синхронной связи.

27. Назначение, применение и конструкция синхронных машин.

28. Принцип действия синхронного генератора.

29. Принцип действия синхронного двигателя.

30. Способы возбуждения синхронных машин.

31. Потери и кпд синхронных машин.

32. Условия и способы включения генераторов на параллельную работу.

33. Способы пуска синхронного двигателя и его характеристики.

34. Назначение, применение особенности конструкции и работы синхронных компенсаторов.

35. Назначение, применение особенности конструкции и работы реактивных двигателей.

36. Назначение, применение особенности конструкции и работы гистерезисных двигателей.

37. Назначение, применение особенности конструкции и работы шаговых двигателей.

38. Классификация, устройство, применение машин постоянного тока

39. Принцип действия машин постоянного тока.

40. Реакция якоря машины постоянного тока.

41. Коммутация в машинах постоянного тока.

42. Генераторы постоянного тока различных способов возбуждения и их отличительная характеристика.

43. Двигатели постоянного тока различных способов возбуждения и их отличительная характеристика.

44. Потери и КПД в машинах постоянного тока.

45. Машины постоянного тока специального применения: назначение, особенности работы и конструкции.

ДОМАШНЯЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1
. Для трехфазного понижающего трансформатора с паспортными данными, приведенными в таблице 1:

1.Определить: номинальные токи первичной и вторичной обмоток, коэффициент трансформации, КПД при активно- индуктивной нагрузке (соs φ=0,8) и коэффициенте нагрузки β= 0,25; 0,5; 0,75; 1,0. 2.Рассчитать и построить внешние характеристики трансформатора при активной и активно- индуктивной нагрузке.

3.Определить параметры и построить в масштабе векторную диаграмму трансформатора при активно- индуктивной нагрузке. Построение пояснить. Из векторной диаграммы графическим способом определить I1
, Е1
, Е2
´

4. Расшифровать марку трансформатора

Таблица 1

Исходные данные к задаче 1

Вари ант	тип	S, кВА	U1, кВ	U2 кВ	потери		Uк %	i0 %	Схема и группа соединения
					Х.х Р0 ,кВт	К.з. Рк ,кВт
1	ТМ-100	100	10	0,69	0,37	1,97	4,5	2,6	Δ/Y0 -11
2	ТМ-250	250	6	0,4	0,82	3,7	4,5	2,3	Δ/Y0 -11
3	ТМ-400	400	6	0,69	1,05	5,5	4,5	2,1	Δ/Y0 -11
4	ТМ-630	630	10	0,4	1,56	7,6	5,5	2,0	Y/Y0 -0
5	ТМ-1000	1000	10	0,4	2,45	12,2	5,5	1,4	Y/Y0 -0
6	ТМ-1600	1600	10	0,4	3,3	18	5,5	1,3	Y/Y0 -0
7	ТМ-2500	2500	10	0,4	4,6	25	5,5	1,0	Y/Y0 -0
8	ТМ-4000	400	10	0,4	6,4	33,5	5,5	0,9	Δ/Y0 -11
9	ТСЗ-160	160	10	0,4	0,7	2,7	5,5	4,0	Δ/Y0 -11
10	ТСЗ-250	250	10	0,4	1,0	3,8	5,5	3,5	Δ/Y0 -11
11	ТСЗ-400	400	10	0,4	1,3	5,4	5,5	3,0	Δ/Y0 -11
12	ТСЗ-630	630	10	0,4	2,0	1,3	5,5	1,5	Δ/Y0 -11
13	ТСЗ-1000	1000	10	0,4	3,0	11,2	5,5	1,5	Y/Y0 -0
14	ТСЗ-1600	1600	10	0,4	4,2	16,0	5,5	1,5	Y/Y0 -0
15	TSE-772	630	6	0,4	1,3	6,5	6,0	1,3	Δ/Y0 -11
16	TSE-792	1000	10	0,4	1,7	8,7	6,0	1,2	Δ/Y0 -11
17	ТРДН-25000	25000	110	35	30	120	10,5	0,7	Y/Δ-5
18	ТДН-16000	16000	110	35	24	85	10,5	0,7	Y/Δ-5
19	ТДН-10000	10000	110	35	15,5	60	10,5	0,7	Y/Δ-5
20	yle="text-align:left;">ТМН-6300	6300	35	10	11,5	48	10,5	0,8	Y/Δ-5
21	ТМН-2500	2500	35	10	6,5	22	10,5	1,5	Y/Δ-5
21	ТД-16000	16000	35	6	21	90	8,0	0,6	Y/Δ-5
23	ТМ-10000	10000	35	10	14,5	65	7,5	0,8	Y/Δ-5
24	ТМ-6300	6300	35	6	9,4	46,5	7,5	0,9	Y/Δ-5
25	ТМ-4000	4000	35	10	6,7	33,5	7,5	1,0	Y/Δ-5
26	ТМ-2500	2500	35	10	5,1	25	6,5	1,1	Y/Δ-5
27	ТМ-1600	1600	35	6	3,65	18	6,5	1,4	Y/Δ-5
28	ТМ-1000	1000	35	6	2,75	12,2	6,5	1,5	Y/Δ-5
29	ТМ-630	630	35	6	1,9	7,6	6,5	2,0	Y/Δ-5
30	ТМ-400	400	35	6	1,35	5,5	6,5	2,1	Y/Δ-5

Задача 2.
Трехфазный асинхронный двигатель работает от сети переменного тока с частотой 60 Гц. Паспортные данные двигателя приведены в таблице 2.

1.Определить: число пар полюсов р; скольжение sн
, частоту ЭДС ротора при номинальной скорости вращения f2
, мощность, потребляемую двигателем из сети Р1
, номинальный и пусковой токи при соединении обмоток статора звездой и треугольником IнΥ
, IпΥ
; IнΔ
, IпΔ
, номинальный, пусковой и максимальный моменты двигателя Мн
, Мп
, Ммакс
, критическое скольжение sкр
, перегрузочную способность двигателя λ.

2. Рассчитать и построить механическую характеристику двигателя по значения скольжения: s= 0; sн
; sкр
; 0,6; 1,0

3.Расшифровать марку электродвигателя

Таблица 2

Исходные данные к задаче 2

вари ант	Тип двигателя	Напря жение U1л , В	Номинальные данные электродвигателя
			Р2н , кВт	ηн , %	соsφн	n1 , об/мин
1	RА160МА2	220/380	11	87,5	0,89	3000
2	RА160МВ2	220/380	15	90	0,86	3000
3	RА160L2	220/380	18,5	90	0,88	3000
4	RА160М6	220/380	7,5	87	0,8	1000
5	RА160МL6	220/380	11	88,5	0,82	1000
6	RА180М4	220/380	18,5	90,5	0,89	1500
7	RА180L4	380/660	22	91	0,88	1500
8	RА180L6	380/660	15	89	0,82	1000
9	RА180L8	380/660	11	87	0,75	1000
10	RА200LА2	380/660	30	92	0,89	750
11	RА200LВ2	380/660	37	92	0,89	3000
12	6А315S4	380/660	160	93,7	0,91	1500
13	6А315М4	380/660	200	94,2	0,92	1500
14	6А315S6	380/660	110	93,2	0,9	1000
15	6А315М6	380/660	132	93,7	0,91	1000
16	6А315S8	380/660	90	93,2	0,83	750
17	АИР200М2	220/380	37	91,5	0, 87	3000
18	АИР200S2	220/380	45	92	0,88	3000
19	АИР225М2	220/380	55	92,5	0,91	3000
20	АИР280S6	220/380	75	92,5	0,9	1000
21	АИР280М6	220/380	90	93	0,9	1000
22	АИР315S6	220/380	110	93,5	0,92	1000
23	5А160 М4	220/380	18,5	90	0,86	1500
24	5А160 S4	220/380	15	89	0,86	1500
25	5А80 МВ4	220/380	1,5	77	0,82	1500
26	5А80МА4	220/380	1,1	75	0,8	1500
27	5АМ315М6	380/660	132	95	0,88	1000
28	5АМ315 S6	380/660	110	95	0,88	1000
29	5АМ280М6	380/660	90	94,5	0,86	1000
30	5АМ280S6	380/660	75	94,5	0,86	1000

*Схема соединения обмоток статора при различных напряжениях Δ/Y.

**RА- (электродвигатель российский асинхронный) выпускается Ярославским электромеханическим заводом; 6А- Московским электромеханическим заводом имени; АИ-(асинхронный Интерэлектро); 5А-Владимирским электромоторным заводом

продолжение таблицы 2

Исходные данные к задаче 2

Вари- ант	Ном.данные ЭД		Параметры схемы замещения
	n2н , об/мин	Iп / Iн	R1 о.е.	X1 , о.е.	R2 ΄ ,о.е.	X2 ΄ , о.е.
1	2940	6,8	0,07	0,12	0,028	0,21
2	2940	7,5	0,066	0,14	0,031	0,17
3	2940	7,5	0,054	0,16	0,028	0,15
4	970	6,0	0,08	0,11	0,025	0,16
5	970	6,5	0,06	0,12	0,03	0,2
6	1460	7,0	0,055	0,155	0,027	0,145
7	1460	7,0	0,08	0,22	0,023	0,17
8	970	7,0	0,064	0,138	0,032	0,165
9	730	5,5	0,062	0,122	0,031	0,21
10	2950	7,5	0,03	0,073	0,018	0,14
11	2950	7,5	0,042	0,092	0,022	0,12
12	1480	6,0	0,018	0,107	0,017	0,15
13	1480	6,0	0,021	0,12	0,016	0,14
14	985	6,5	0,023	0,11	0,018	0,145
15	985	6,5	0,022	0,111	0,0165	0,13
16	740	6,5	0,0215	0,104	0,0156	0,125
17	2945	7,0	0,036	0,13	0,032	0,18
18	2948	7,5	0,037	0,14	0,033	0,19
19	2946	7,5	0,38	0,15	0,034	0,20
20	984	6,5	0,031	0,083	0,014	0,14
21	986	6,0	0,042	0,085	0,015	0,15
22	988	6,5	0,044	0,86	0,016	0,16
23	1455	7,0	0,049	0,092	0,022	0,12
24	1450	7,0	0,05	0,094	0,024	0,13
25	1410	5,0	0,08	0,099	0,04	0,11
26	1410	5,0	0,0,79	0,096	0,038	0,115
27	985	6,5	0,055	0,088	0,034	0,13
28	985	6,5	0,045	0,078	0,028	0,13
29	985	5,5	0,024	0,0930	0,014	0,12
30	985	5,5	0,036	0,056	0,013	0,17

Задача 3.
Для трехфазного синхронного неявнополюсного генератора, технические данные которого указаны в таблице 3:

1.Определить номинальный ток генератора Iн
, мощность приводного двигателя, Р1
, суммарные потери мощности в генераторе ∑Р

2. Построить векторную диаграмму при активно- индуктивной и активно-емкостной нагрузках и по ним определить угол нагрузки θ, перегрузочную способность λ и ЭДС генератора Е0
в режиме холостого хода. Схема соединения обмотки статора в «звезду». Падением напряжения в активном сопротивлении пренебречь. Построение пояснить

3. Что вы знаете заданном генераторе?

Таблица 3.

Исходные данные к задаче 3

Вари- ант	тип	Номинальные данные генераторов
		Рн , МВт	Uн , кВ	соsφн	ηн	Х1 , о.е.
1	Т-2,5-2	2,5	6,3	0,8	97,3	0,8
2	Т-4-2	4	13,5	0,8	97,4	0,9
3	Т-6-2	6	10,5	0,8	97,6	0,8
4	Т-12-2	12	10,5	0,8	97,7	0,9
5	Т-20-2	20	10,5	0,8	97,6	0,8
6	ЕСС5-93-4	75	0,4	0,78	93,7	0,9
7	ЕСС5-92-4	60	0,4	0,76	90,5	0,8
8	ЕСС5-92-6	50	0,4	0,78	89,6	0,9
9	ЕСС5-83-6	30	0,4	0,77	88,2	1,0
10	ЕСС5-81-6	20	0,4	0,78	86,0	0,8
11	ЕСС5-62-4	12	0,4	0,79	86,0	0,9
12	ЕСС5-61-4	8	0,4	0,8	84,7	1,0
13	ОС-51	4	0,4	0,78	80	0,8
14	ОС-52	8	0,4	0,8	82	0,9
15	ОС-71	16	0,4	0,83	86,8	1,0
16	ОС-72	30	0,4	0,85	89	0,88
17	ОС-91	75	0,4	0,88	90,5	0,8
18	ОС-92	100	0,4	0,86	91,5	0,9
19	ГСФ-200	200	0,4	0,78	80	1,0
20	ТВВ-160-2Е	160	18	0,85	98,5	0,8
21	ТВВ-200-2А	200	15,8	0,85	98,6	0,9
22	ТВВ-320-2	320	20	0,85	98,6	1,0
23	ТВВ-500-2	500	20	0,85	98,7	0,8
24	ТВВ-800-2	800	24	0,85	98,75	0,9
25	СГГ	3	6,3	0,86	94	1,0
26	СГК	6	4,0	0,88	96,1	0,92
27	СВ	32	10,5	0,88	96,7	1,0
28	СВО	46	10,5	0,89	97,4	0,94
29	ВГС	12	3,15	0,84	95,6	1,0
30	ВГСФ	200	15,7	0,9	98	0,9

Задача 4 (варианты 1-15).
Для генератора постоянного тока параллельного возбуждения технические данные, которого заданы в таблице 4 определить: ток якоря генератора; эдс генератора; электромагнитную мощность, электромагнитный момент, магнитный поток. Построить схему включения генератора в электрическую сеть. Расшифровать марку генератора.

Таблица 4

Исходные данные к задаче 4 (варианты 1-15)

Вари- ант	Типоразмер генератора	Технические данные генераторов постоянного тока
		Рн , кВт	Uн , В	nн об/мин	η %	Rа Ом	Rв Ом	2а	2р	N
1	2ПН315LУХЛ4	180	230	1500	89	0,0181	35	4	4	400
2	2ПН315МУХЛ4	90	115	1000	88	0,08	44	2	2	390
3	2ПН280LУХЛ4	110	460	1500	90	0,015	115	2	2	500
4	2ПН250LУХЛ4	71	230	1500	87	0,09	56	4	4	480
5	2ПН250LУХЛ4	37	230	1000	86,2	0,12	100	4	4	520
6	2ПН250МУХЛ4	55	460	1500	86	0,0,96	67	2	2	440
7	2ПН250МУХЛ4	45	230	1500	87	0,098	64	4	4	520
8	2ПН225LУХЛ4	25	230	1000	83,5	0,13	89	2	2	514
9	2ПН225МУХЛ4	30	460	1500	85	0,12	105	4	4	496
10	2ПН200LУХЛ4	55	320	3000	91	0,046	84	2	2	488
11	2ПН200МУХЛ4	18,5	115	1500	86	0,14	53	4	2	460
12	2ПН200МУХЛ4	10	115	1000	81	0,036	49	2	4	380
13	2ПН180LУХЛ4	12,5	320	1500	81,5	0,16	68	4	4	398
14	2ПН180LУХЛ4	7,5	115	1000	81	0,17	73	2	4	466
15	2ПН315МУХЛ4	160	460	1500	90	0,067	95	4	8	550

Задача 4 (варианты 16-30).

Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, технические данные которого, заданы в таблице 5 определить: электрические потери в якоре; потери в цепи возбуждения; потери холостого хода; коэффициент полезного действия; вращающий момент на валу двигателя; пусковой ток при прямом включении двигателя в сеть из холодного состояния. Марку двигателя расшифровать.

Таблица 5

Исходные данные к задаче 4 (варианты 16-30)

Вари- ант	Типоразмер двигателя
		Рн , кВт	Uн , В	nн об/мин	tгор °С	Rа Ом при t=20°С	Iн А	Iв А	Iп /Iн
1	4ПФ112S	4	220	900	70	0,063	24	1,08	1,8
2	4ПФ112S	3,15	220	750	75	0,018	19,8	0,56	1,9
3	4ПФ132М	11	220	1060	78	0,044	61,8	2,45	2,0
4	4ПФ132М	8,5	220	875	80	0,020	48,6	1,33	2,1
5	4ПФ132М	8	220	600	82	0,056	47,3	2,05	2,2
6	4ПФ160М	15	220	580	84	0,022	85,6	4,6	2,3
7	4ПФ180	17	220	500	72	0,035	99,4	5,1	2,4
8	4ПФ180М	20	220	475	73	0,043	114,5	6,0	1,8
9	4ПФ132М	30	440	2300	74	0,023	78,9	3,85	1,9
10	4ПФ132М	22	440	1600	70	0,028	59,3	4,21	2,0
11	4ПФ132М	11	440	1090	75	0,036	30	2,04	2,1
12	4ПФ132М	8,5	440	800	78	0,038	24,8	1,68	2,2
13	4ПФ180S	45	440	1450	80	0,067	114	4,78	2,3
14	4ПФ180S	37	440	1150	82	0,053	95,7	4,02	2,4
15	4ПФ180S	26,5	440	775	72	0,037	72,8	3,96		1,8

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ДКР.

Методические указания по решению задачи 1

При решении данной задачи необходимо помнить:

1.В паспортных данных номинальная мощность, потери холостого хода, потери короткого замыкания указаны для трех фаз.

2. U1,
U2
-номинальные линейные напряжения трансформатора. Коэффициент трансформации следует определять по значениям фазных напряжений.

3. Под номинальными токами понимаются линейные токи.

4.Значения коэффициента полезного действия следует определять до третьего знака.

5.При соединении обмоток трехфазного трансформатора в Y

Uф
=Uл
/; Iф
=Iл

при соединении обмоток трехфазного трансформатора в Δ

Uф
=Uл
, Iф
=Iл
/

Рассчитать данную задачу можно воспользовавшись следующим алгоритмом:

1. Определяем номинальные токи трансформатора, А

2. Определяем коэффициент трансформации

n=Uф1
/Uф2

3. Определяем КПД при соsφ=0,8 и коэффициенте нагрузки β=(0,25; 0,5; 0,75; 1)

4.Определяем величину активной и реактивной составляющей напряжения КЗ в %.

;

5.Определяем изменение вторичного напряжения в % при активной и активно- индуктивной нагрузке. Параметры в пунктах 5-7 данного алгоритма определить для всех заданных значений коэффициента нагрузки (точки по которым строится внешняя характеристика)

Δ
U=
β(
Uка

cosφ+
Uкр

sinφ),

следует помнить, что при активной нагрузке cosφ=1

6.Определяем изменение вторичного напряжения в вольтах для активной и активно- индуктивной нагрузке

, В

7.Определяем действительное значение вторичного напряжения при активной и активно- индуктивной нагрузке, В

U2
=
U2н
-
ΔU

8.Построим внешние характеристики трансформатора для активной и активно- индуктивной нагрузок.

Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость
U2
=

f (

β).

Характеристику необходимо построить в одной системе координат, желательно на миллиметровой бумаге по данным рассчитанным выше.

9.Определяем параметры холостого хода трансформатора

Р0ф
=Р0
/3 , кВт
I0
=
%,
А

,Ом ,Ом , Ом

10.Определяем параметры короткого замыкания трансформатора

Ркф
=Рк
/3 , кВт
Uк
=
%,
В

,Ом ,Ом , Ом

11. Определяем сопротивления первичной и вторичной ветвей трансформатора,Ом

R1
=
R2
´=
Rк
/2 Х1
=Х2
´=Хк
/2

12. Определяем углы сдвига фаз

-тока намагничивания относительно магнитного потока

δ=arctg(x0
/R0
)

-тока вторичной ветви относительно вторичной ЭДС

ψ2
´= arctg(x2
´/R2
´)

13. Начнем построение векторной диаграммы.

Порядок построения векторной диаграммы необходимо вести с учетом (1, стр.29-32). При этом необходимо сделать следующие допущения: I2
=I2
´
, Е1
=Е2
´.

Из векторной диаграммы графическим путем необходимо определить ток I1

14 . Определяем напряжения на сопротивлениях схемы замещения, В

I1
·X1
, I1
·R1
I2
´·X2
´ , I2
´·R2
´

15.Зная направление Е1
, Е2
´и численные значения U1
, U2
´, путем перемещения треугольника ЭДС по направлению Е1
,Е2
´соответственно определяем значения Е1
, Е2
´. Векторную диаграмму необходимо построить в масштабе. При большом различии величин первичных и вторичных параметров построение можно выполнить разным масштабом. Одинаковый масштаб должен быть для токов, одинаковый для ЭДС и напряжений первичной ветви, одинаковый для ЭДС и напряжений вторичной ветви.

Векторная диаграмма трансформатора при активно- индуктивной нагрузке имеет вид:

I1
R1

I1
X1

U1
-E1

I1
-I2
َ

I0

δ

Ф

I2
َ

ψ2
´ Е2
´

U2
´

I2
´R2
´

I2
´Х2
´

Методические указания по решению задачи 2

Для решении задачи 2 предлагаем воспользоваться следующим алгоритмом:

1.Определяем число пар полюсов (р) по марке двигателя. Последняя цифра в обозначении двигателя- это число полюсов двигателя

2.Определяем номинальное скольжение двигателя

3.Определяем частоту тока, ЭДС ротора, Гц

f2
=f1
∙sн

4.Определяем мощность, потребляемую двигателем из сети, кВт

Р1
=Р2н
/ηн

5.Определяем номинальный и пусковой токи двигателя при соединении обмоток статора звездой и треугольником, А

, А

Пусковой ток определяем из соотношения I П
/ IН

6.Определяем номинальный фазный ток статора, учитывая соотношения: при соединении обмоток статора в Y- Uф
=Uл
/

при соединении обмоток статора в Δ- Uф
=Uл

, А

7.Определяем значения сопротивлений схемы замещения в Омах

Х=, Ом
R=, Ом

8. Определяем номинальный момент двигателя и момент соответствующий скольжению, равному 0,6 (Мн
, М0,6
), Н∙м

9.Определяем пусковой момент, Н∙м

10.Определяем максимальный момент двигателя, Н∙м

11.Определяем критическое скольжение

12. Построим механическую характеристику.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость

М
=f(s)
. Для построения механической характеристики у нас рассчитаны следующие точки:

Точка 1 (М0
=0; s=0) Точка 2 (Мн
; sн
)

Точка 3 (Ммакс
; sкр
) Точка 4 (М0,6
; s=0,6)

Механическую характеристику в масштабе рекомендуется строить на миллиметровой бумаге.

Методические указания по решению задачи 3

Решить данную задачу можно, изучив теоретический материал

(1, стр.240-242, 249-251, 257-260).

Для определения необходимых параметров рекомендуется воспользоваться следующими формулами:

-номинальная мощность генератора: Рн
= m1
Uн
Iн
cosφн

-кпд генератора: η= Р2
/Р1
=Р2
/(Р2
+ ΣР)

Для построения векторных диаграмм необходимо определить падение напряжения на сопротивлении Х1
и угол сдвига фаз между номинальным током и номинальным напряжением, т.е Iн
Х1
, φ= аrccosА, где А заданное номинальное значение косинуса.

Построение векторных диаграмм начинаем с выбора масштаба для Uн
и Iн
Х1.
Вектор Uн
откладываем в выбранном масштабе, произвольно. Вектор тока Iн
откладываем в сторону отставания от Uн
на угол φ при активно- индуктивной нагрузке или в сторону опережения при активно- емкостной нагрузке. Вектор Iн
Х1
опережает вектор тока на угол 90˚ и откладывается из конца вектора напряжений. ЭДС генератора равна геометрической сумме векторов Uн
и Iн
Х1.

Из векторных диаграмм графически определяем угол между напряжением и ЭДС (θ), перегрузочную способность генератора можно приблизительно определить по формуле:

Перегрузочная способность генератора лежит в пределах 1,4-3, 5.

Векторная диаграмма при активно- индуктивной нагрузке имеет вид:

Е0
Iн
Х1

Uн

θ

Iн

φ

0

Методические указания по решению задачи 4

Задача 4 относится к машинам постоянного тока, причем для вариантов 1-15 для генераторов постоянного тока параллельного возбуждения, для вариантов 16-30 для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения.

Необходимо отчетливо представлять связь между напряжением на вводах U, эдс Е и падением напряжения в обмотке якоря генератора и двигателя, а также связь между токами нагрузки, якоря и возбуждения в зависимости от способа возбуждения машин постоянного тока.

Для генераторов постоянного тока параллельного возбуждения справедливы следующие уравнения:

-ток нагрузки генератора, А

-ток возбуждения генератора, А

-
ток якоря генератора , А Iа
=
Iн
+
Iв

- ЭДС генератора, В Е=
Uн
+
Iа

Rа

-электромагнитная мощность, кВт Рэл
=Е Iа

-магнитный поток полюса, Вб

-электромагнитный момент, Н м

Для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения
решить задачу можно, воспользовавшись следующим алгоритмом:

1. Приводим сопротивление обмотки якоря к рабочей температуре двигателя, учитывая, что температура окружающей среды t1
=20˚С, коэффициент температурного расширения α=0,004

Rа
΄
=
Rа
(1+
α(
t2
-
t1
)), Ом

2. Определяем ток якоря, А

Iа
=Iн
-Iв

3. Определяем электрические потери в обмотке якоря, кВт

Ра
=
Iа
2

Rа
΄

4.Определяем потери в цепи возбуждения, кВт

Рв
=
Uн

Iв

5.Определяем общие электрические потери, кВт

Рэ
=Ра
+Рв

6.Определяем потребляемую мощность, кВт

Р1
=
Uн

Iн

7.Определяем суммарные потери в двигателе, кВт

ΣР=Р1
-Рн

8.Определяем потери холостого хода, кВт

Р0
= ΣР-Рэ

9.Определяем КПД двигателя

η= Р2
/Р1

10.Определяем вращающий момент на валу двигателя, н·м

11.Определяем пускового ток из выражения Iп
/Iн