Список использованных источников 3 страница

(48)

в котором совпадает с направлением тока, а опережает вектор тока на 90°. Полученная величина Е δ_н является той ЭДС, которая наводится в обмотках статора результирующим магнитным потоком, создаваемым со­вместным действием двух МДС—МДС индуктора F _ohи НДС реакции яко­ря F_a, то есть результирующей МДС генератора F_δн. Это соответствует за­кону магнитного равновесия генератора.

(49)

3. По найденной величине ЭДС Е_δн, используя нормальную характе­ристику холостого хода, определяют значение результирующей МДС гене­ратора F_δн в относительных единицах. Для этого величину Е_δн откладыва­ют по оси ординат характеристики холостого хода (точка А). Затем от точки А проводят линию параллельно оси абсцисс до встречи с характеристикой холостого хода в точке А₁. Проецируя точку A₁ на ось абсцисс, получают точку А₂.Отрезок ОА₂ равен искомой величине F_δн в относительных едини­цах.

Вектор результирующей МДС F_δн генератора опережает вектор обусловливаемой им ЭДС Е_δн на угол 90°, его строят в левой части диаграммы.

4 Находят величину МДС обмотки возбуждения F _ohна основе уравнения

. (50)

Для получения МДС F _ohследует вектор МДС F_а с обратным знаком построить с конца вектора F_δн. Найденная величина МДС индуктора F_OH в относительных единицах равна номинальному току возбуждения I_ВН, необходимому для поддерживания режима работы синхронного генератора при заданном значении cos φ _н.

5. Определяют величину ЭДС обмотки статора генератора в режиме холостого хода Е_он при номинальном токе возбуждения I_ВН, равном в отно­сительных единицах величине МДС индуктора F_0H. Для этого по оси абсцисс характеристики холостого хода откладывают значение величины I_ВН равной в относительных единицах F_0H, и получают прямую линию параллельно оси ординат до встречи с характеристикой холостого хода в точке В ₁.Спроеци­ровав точку B₁ на ось ординат, получают точку В₂ и одинаковые отрезки ВВ₁ и ОВ₂, которые равны искомой величине ЭДС Е_он в относительных единицах.

В левой части диаграммы строят вектор ЭДС Е_он как отстающий от вектора МДС F_он на угол 90°.

Повышение напряжения на зажимах генератора ΔU_H при полном сбросе нагрузки и неизменном номинальном значении тока возбуждения определяют на основе построенной векторной диаграммы (рисунок 4). Для этого на векторе ЭДС Е_он откладывают величину номинального напряжения U_h = 1 о. е. и получают точку С. Полученный таким образом отрезок ВС равен искомой ве­личине ΔU_H в относительных единицах. Повышение напряжения генератора в процентах ΔU_H % оценивается из соотношения

ΔU_H % = (Е_он - 1)100%. (51)

К пункту 2. Внешнюю характеристику синхронного генератора U = f(I) при неизменных оборотах ротора n _н,токе возбуждения I_ВН и характере на­грузки cos φ _н строят в относительных единицах по трем точкам. Координаты двух точек определяют с помощью построенной диаграммы Потье (рисунок 4). Первая точка соответствует номинальной нагрузке генератора (I_Н = 1 о. е.; U H =1 о. е.); вторая — режиму при полном сбросе нагрузки (I = 0; U = Е_он о. е.). Третью точку для построения внешней характеристики генератора получают на основе векторной диаграммы Потье, предварительно построенной при токе нагрузки I = 0,5 I_Н = 0,5 о. е. (рисунок 5.). Координаты искомой точки будут (I = 0,5 I_Н = 0,5 о. е.; U = E_0(0,5) о. е.).

Внешнюю характеристику генератора строят на листе миллиметровой бумаги размером 120x150 мм (рисунок 6).

Регулировочную характеристику синхронного генератора I_B = f(I) при не­изменных значениях частоты вращения ротора n_н, напряжении U_H = 1 о. е. и ха­рактере нагрузки cos φ _н строят в относительных единицах по трем точкам при значениях тока нагрузки I = 0; 0,5; 1 о.е. Значения величин тока возбуждения в относительных единицах определяют по характеристике холостого хода с использованием соответствующих им значений ЭДС: Е_он, E_0(0,5) и Е_а = U_H = 1 о. е. Значения величин этих ЭДС оценивают из диаграммы Потье (рисунки 4 и 5).

Регулировочную характеристику генератора строят на листе миллиметро­вой бумаги размером 120x150 мм (рисунок 6) по точкам с координатами (I = 0; I_B =1 о. е.); (I - 0,5 о. е., I_B (0,5)); (I =1 о. е., I_B = I _ВН).

Рисунок 3 - Векторная диаграмма Потье синхронного генератора при I = 0,5 I_н

Рисунок 4 - Внешняя характеристика синхронного генератора

Рисунок 5 - Регулировочная характеристика синхронного генератора

Электродвигатель постоянного тока с параллельным (независимым) воз­буждением включен в сеть снапряжением U _н.Величины, характеризующие номинальный режим работы двигателя, приведены в таблице 7: полезная мощ­ность на валу Р_н;потребляемый ток I_н, частота вращения якоря п_н. Кроме то­го, заданы величины сопротивления цепи якоря К_я и цепи возбуждения R_B; ве­личина постоянных потерь мощности р ₀ и кратность пускового тока двигателя К_п = I_п/ I_н.

Таблица 7 - Данные к задаче 2 раздела 2 для машин постоянного тока на базе серии 4П

Варианты	Рн, кВт	Uh, В	Iн, А	nн,об/ми	Rя, Ом	Rb,Om	Р0, Вт	Кп
	1,5		9,0		1,99			1,55
	2,2		12,5		1,03			1,4
	3,2		17,5		0,64			1,35
	4,5		24,3		0,35			1,45
	6,0		33,0		0,30			1,70
	1,5		8,7		2,45			1,6
	2,2		12,0		1,21			1,5
	3,J		18,4		1,03			1,65
	4,5		25,4		0,78			1,75
	6,0		33,5		0,47			1,,55
	4,5		25,2		0,63			1,45
	6,0		32,6		0,49			1,4
	8,0		43,0		0,33			1,3
	10,0		63,0		0,33			1,2
	12,5		78,0		0,24			1,45
	10,0		58,0		0,36	92,5		1,75
	14.0		79,0		0,24			1,8
	17,0		93,0		0,16	73,3		1,6
					0,10			1,35
					0,08	31,8		1,5
					0,20			1,65
					0,11	48,4		1,7
					0,07	32,5		1,35
					0,04			1,2
					0,03			1,4
	1,5		9,0		1,86			1,35
	2,2		12,5		1,00			1,30
	3,2		17,5		0,60			1,15
	4,5		24,3		0,32			1,30
	6,0				0,29			1,55
	1,5		8,7		2,35			1,20
	2,2		12,0		1,18			1,35
	3,2		18,4		1,01			1,40
	4,5		25,4		0,76			1,55
	6,0		33,2		0,45			1,50
	4,5		25,2		0,61			1,40
	6,0		32,6		0,48			1,25
	10,0				0,29			1,35
	12,5				0,23			1,30
	10,0				0,34			1,55
	14,0				0,23			1,50
	17,0				0,17			1,30
	25,0				0,11			1,25
	32,0				0,09			1,35
	19,0				0,21			1,50
					0,12			1,45
					0,03			1,25
					0,04			1,20
					0,03			1,25
					0,21			1,35

Содержание задания

1.Вычертить электромагнитную схему и электрическую схему включе­ния двигателя, определить пределы измерения электрических величин, выбрать контрольно-измерительные приборы и оценить величину сопротивления пус­кового реостата.

2.Определить для номинального режима работы двигателя ток якоря I_ЯН и ток возбуждения I_BН; противо - ЭДС обмотки якоря Е_н, электромагнитную мощность Р_эм и вращающий момент М_н; а также частоту вращения якоря n₀ в режиме идеального холостого хода.

3. Построить механические характеристики двигателя n = f(M).

Примечания:

1.Влиянием реакции якоря пренебречь.

2.Сопротивления обмоток якоря и возбуждения, указанные в задании при температуре Θ_х = 20°С, привести к расчетной температуре Θ_р = 75°С по формуле до второго знака после запятой

(52)

Во всех случаях пользоваться приведенными значениями сопротивлений.

Методические рекомендации

К пункту 1. На электромагнитной схеме машин постоянного тока пока­зать обмотку возбуждения, главные полюса, якорь, щетки и станину. В схеме включения двигателя предусмотреть контрольно-измерительные приборы и реостаты в цепи якоря R_н и в цепи возбуждения R_рв. Контрольно-измерительные приборы выбираются на основании номинальных значений на­пряжения, тока якоря и тока возбуждения с учетом их изменения при регулиро­вании от нуля до 1,2—1,3 номинального значения. Величину сопротивления пускового реостата определяют из уравнения равновесия напряжения в первый момент пуска двигателя

U_н=K_пI_ян(R_я + R_п) (53)

К пункту 2. Значение величин тока якоря I_ян, тока возбуждения I_вн, противо-ЭДС обмотки якоря Е_н, электромагнитную мощность Р_эм для номинально­го режима двигателя определяют из его основных уравнений

(54)

Номинальное значение вращающего момента находят из выражения

или (55)

Частоту вращения якоря двигателя в режиме идеального холостого хода (I_я =0) находят из соотношения

(56)

К пункту 3. Механической характеристикой двигателя параллельным возбуждением называют зависимость n = f (M) при

U = const; I_B = const; ∑R_Я = const.

При включении в цепь якоря добавочного регулировочного реостата R_ря уравнение равновесия напряжения движения имеет вид:

(57)

откуда:

(58)

С учетом значения I_я = М/С_м Ф выражение (58) примет вид

(59)

где

С_е и С_м — постоянные двигателя соответственно по ЭДС и моменту;

∆n - величина уменьшения частоты вращения якоря за счет уве­личения момента на валу.

При постоянных значениях U и I_B можно считать неизменной величину магнитного потока Ф, поэтому механическая характеристика двигателя парал­лельного возбуждения (57) является линейной, а наклон ее по отношению к оси абсцисс определяется отношением

(60)

Для построения механических характеристик при различных сопротив­лениях в цепи якоря двигателя выражением (60) пользуются следующим обра­зом. Поскольку механические характеристики двигателя с параллельным воз­буждением прямолинейны, то для построения каждой из семейства i-x харак­теристик достаточно знать координаты двух точек.

Первая точка (М = 0; n = n₀) — это точка идеального холостого хода дви­гателя и она является общей для всех i - ых характеристик при U и I_в = const. Для нахождения координаты второй точки каждой i-ой характеристики по­ступают таким образом. Задаются значением момента, например, М = М_н, ко­торому в установившемся режиме работы двигателя соответствуют значения тока якоря I_ЯН. Из зависимости (60) находят величину уменьшения частоты вращения якоря двигателя при следующих значениях добавочного реостата в цепи якоря R_ряi = (0; 2,5; 5,0; 7,5; 10)R_я, то есть

(61)

Следовательно, для построения каждой i-ой характеристики координа­ты второй точки будут (М = М_н, n_i = n₀ - ∆ n_i). На основании данных расчетов строят семейство механических характеристик двигателя (рисунок 6).

Рисунок 6 - Механические характеристики двигателя

с параллельным возбуждением при различных сопротивлениях в цепи якоря

1.Объем работы по курсовой работе должен составлять не более 30 страниц машинописного текста на формате А4.

2.Графический материал должен быть выполнен на формате А5 и А3 на миллиметровой бумаге.

3.Допускается оформление пояснительной записки, в том числе и расчеты, в рукописном виде.

4. Пояснительная записка и графические материалы выполняются в соответствии с ЕСКД.

Основная

1.Копылов И. П. Электрические машины: Учебник. 2-ое издание, переработанное - М: Высшая школа, Логос, 2000.

2.Проектирование электрических машин: Учебник / И.П. Копылов, Б.К.Клоков, В.П. Морозкин и др. / Под ред. И.П. Копылова. - 3-е изд., переработанное и доп. - М.: Высшая школа, 2001.

Дополнительная

1.Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа, 2000 г.

2.Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока.- СПб, Питер Пресс, 2008. 350 с.

3.Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. - СПб, Питер Пресс, 2007. 320 с.

4.Стандарт специальности СТС ТГСХА -311400-2005. Проекты (работы и проекты курсовые и выпускные квалификационные). Общие требования к оформлению. Тюмень: ТГСХА, 2005. – 49 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А – Контрольные вопросы для подготовки к экзаменам для студентов заочной сокращенной формы обучения

Введение в электромеханику

1.Что такое электрическая машина?

2.Какие основные виды электрических машин вы знаете?

3.Какова роль электрических машин в энергетике и в электрификации сельского хозяйства?

4.Назовите основные явления и законы, определяющие работу электрических машин и трансформаторов. Напишите их математическое выражение; укажите обозначения их единиц измерения.

5.Объясните наведение ЭДС в обмотках трансформатора.

6.Объясните наведение ЭДС в обмотке якоря электрической машины.

7.В чем заключается отличие электрического двигателя от генератора по назначению и принципу действия?

8.Что понимают под обратимостью электрических машин?

9.По каким признакам классифицируют электрические машины?

10.Какие основные активные и изоляционные материалы используются в электрических машинах?

Трансформаторы

1.Объясните принцип действия трансформаторов.

2.Почему магнитопровод трансформатора набирается из листовой или рулонной трансформаторной стали?

3.Почему в трехфазном трехстержневом трансформаторе токи холостого хода крайних фаз больше тока средней фазы?

4.Как влияет величина зазора между стержнем и ярмом на величину тока холостого хода?

5.Почему при чисто активной нагрузке, подключенной к трансформатору, коэффициент мощности в первичной цепи меньше единицы?

6.Напишите выражение ЭДС, индуктируемой в обмотке.

7.Что такое коэффициент трансформации и как он определяется?

8.Каковы формы кривой тока холостого хода у силовых и измерительных трансформаторов?

9.Изменится ли основной магнитный поток в стержнях трансформато­ра при увеличении нагрузки от холостого хода до полной? Если изменится, то как и почему?

10.Что такое поля рассеяния обмоток и как они влияют на работу
трансформатора?

11.Что такое напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора и как его определяют?

12.Произведите приведение параметров вторичной обмотки г₂, х₂, Z₂ и Z_н к первичной обмотке.

13.Изобразите Т-образную схему замещения трансформатора и объясните, как опытным путем определить ее параметры.

14.Начертите схемы и сравните трехфазные трансформаторы при соединении их обмоток У/У—О, У/У_н—О, У/Д—11 и У/Z—11.

15.Объясните работу трансформатора с обмоткой, включенной по схеме зигзаг, его преимущества и недостатки.

16.В каких случаях применение автотрансформаторов экономичнее при­менения двухобмоточных трансформаторов?

17.Каковы условия включения трехфазных трансформаторов на парал­лельную работу?

18.Какие потери мощности имеет трансформатор при холостом ходе и при нагрузке, как их определить расчетом и опытом?

19.Как вычислить КПД трансформатора и при какой нагрузке он имеет максимальное значение?

20.Постройте векторные диаграммы трансформатора при холостом ходе, при активно-индуктивной, активно-емкостной нагрузках.

21.Какие специальные типы трансформаторов вы знаете?

Вопросы теории машин переменного тока

1.Что является общим в машинах переменного тока?

2.Выведите формулу эффективного значения ЭДС одного витка при равномерно вращающемся магнитном поле.

3.Что такое коэффициент распределения обмотки?

4.С какой целью применяют обмотки с укорочением шага?

5.От чего зависит форма кривой ЭДС, индуктированная в одном витке и в фазе обмотки статора машин переменного тока?

6.Какими мероприятиями можно улучшить форму кривой ЭДС?

7.Что понимают под зубцовыми гармониками?

8.Отличаются ли по своей форме кривые фазной и линейной ЭДС трехфазной обмотки, соединенной в звезду?

9.В чем основное различие между ЭДС, создаваемыми однофазной и трехфазной обмотками?

10.Какие условия необходимы для создания вращающегося магнитного поля и как определить его частоту вращения?

Асинхронные машины

1. Объясните принцип действия асинхронной машины трехфазного тока.

2.В каких режимах может работать асинхронная машина?

3.Докажите, что МДС статора я вращающегося ротора неподвижны по отношению друг к другу.

4.Постройте две векторные диаграммы для двигателя и генератора.

5.Почему при увеличении нагрузки двигателя возрастает скольжение?

6.Какие способы применяют для уменьшения пусковых токов двигателей?

7.Для какой цели применяют включение активных сопротивлений в цепь ротора двигателя?

8.Как осуществляют регулирование частоты вращения двигателя?

9.Напишите формулы электромагнитного момента и электромагнитной мощности асинхронной машины.

10.Назовите преимущества и недостатки двигателя.

11.Перечислите потери энергии в двигателе при холостом ходе и при его работе, укажите, от чего они зависят и как определить КПД.

12.Изобразите Т- и Г-образные схемы замещения асинхронной машины и определите значение каждого элемента схемы.

13.Изобразите рабочие и механические характеристики двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

14.Как изменяется пусковой и максимальный моменты двигателя при уменьшении подводимого напряжения?

15.Как строят круговую диаграмму двигателя по опытам холостого хода и короткого замыкания?

16.Покажите на круговой диаграмме области работы асинхронной ма­шины двигателем, генератором и тормозом,

17.Почему двигатель с глубоким пазом имеет улучшенные пусковые характеристики?

18.Изобразите схемы включения трехфазных двигателей в однофазную сеть и их векторные диаграммы.

19.Изобразите схему включения конденсаторного двигателя в однофазную сеть, объясните принцип его работы и условия получения кругового вра­щающегося поля.

20.Изобразите схему трехфазного асинхронного генератора с емкостью, объясните его преимущества и недостатки.

21.Объясните принцип работы асинхронного преобразователя частоты.

Синхронные машины

1.Каково направление магнитного поля обмотки якоря генераторов по отношению к магнитному полю полюсов при активной, индуктивной и емкостной нагрузках?

2.Как определить параметры синхронной машины: R_а, Х_σ, X_ad, X_aq, X_d, X_q и ОКЗ?

3.Как определить изменение напряжения генератора при изменении нагрузки от холостого хода до полной при cos φ = 1 и 0,8?

4.Изобразите векторные диаграммы напряжений генератора с явнополюсным и неявнополюсным ротором и объясните их.

5. Как по векторным диаграммам построить внешние характеристики генератора?

6. Начертите внешние и регулировочные характеристики генераторов.

7.Перечислите условия включения генератора на параллельную работу.

8.Какие явления происходят в синхронной машине, если при включении на параллельную работу не соблюдены требуемые условия?

9.Какова примерно величина воздушного зазора синхронной машины и как она влияет на ее работу?

10.Каково назначение U-образных характеристик?

11.Постройте векторную диаграмму двигателя.

12.Изобразите угловые характеристики синхронной машины с явнополюсным и неявнополюсным ротором и напишите их уравнения.

13.Как синхронный двигатель может улучшить коэффициент мощности сети?

14.Объясните, что такое несимметричные режимы генератора и какими методами производят их анализ.

15.Как увеличить перегрузочную способность двигателя?

16.Опишите наиболее распространенную схему пуска двигателей.

17.Что такое реактивный двигатель, как он устроен и как работает?

18.Опишите физическую картину явлений при внезапном коротком замыкании трехфазного генератора.

Дата добавления: 2015-05-09