Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ФГБОУ ВО НОВОСИБИРСКИЙ ГАУ

Кафедра: Техносферной безопасности и электротехнологий

Контрольная работа по дисциплине: «Электрические машины»

Выполнил (а): 3 курса гр.3307

Лапшакова Татьяна Александровна

Проверил (а): кандидат экономических наук, доцент

Морокин Дмитрий Викторович

Новосибирск 2022



Содержание

1. Схема замещения трансформатора и соотношение ее параметров

2. Реостатный пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

3. Способы возбуждения машин постоянного тока

4. Трансформаторы для автоматических устройств

Практическая часть

Список литераруты



1. Схема замещения трансформатора и соотношение ее параметров

Составление схемы замещения. Систему уравнений, описывающую электромагнитные процессы в трансформаторе, можно свести к одному уравнению, если учесть, что и положить

При этом параметры R0 и X0 следует выбирать так, чтобы в режиме холостого хода, когда ЭДС E1 практически равна номинальному напряжению U1, ток

по модулю равнялся бы действующему значению тока холостого хода, а мощность - мощности, забираемой трансформатором из сети при холостом ходе.

Решим систему уравнений относительно первичного тока

В соответствии с уравнением трансформатор можно заменить электрической схемой, по которой можно определить токи Н1 и Н2, мощность P1, забираемую из сети, мощность ДP потерь и т.д. Такую электрическую схему называют схемой замещения трансформатора.

Эквивалентное сопротивление этой схемы

,

где:

Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения - первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R1 и X1, а в цепи вторичной обмотки - сопротивления R'2 и X'2. Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I10, называют намагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ъ1, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки , к которому приложено напряжение -Ъ'2.

Сопротивления (и его составляющие R'2 = R2 n2 и X'2 = X2n2 ), а также называют соответственно сопротивлениями вторичной обмотки и нагрузки, приведенными к первичной обмотке. Аналогично приведенными называют значения ЭДС и тока : E'2 = nE2 ; .

Полная мощность приведенного контура вторичной обмотки в схеме замещения равна мощности вторичной обмотки реального трансформатора: I'2 E'2= (I2 /n )E2n = E2 I2, а мощность электрических потерь в приведенном вторичном контуре этой схемы равна мощности потерь во вторичной обмотке реального трансформатора:

Относительные падения напряжений в активном и индуктивном сопротивлениях приведенного вторичного контура также остаются неизменными, как и в реальном трансформаторе:

2. Реостатный пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором пускают в ход с помощью резисторов, включаемых в цепь ротора, что позволяет уменьшить пусковой ток и увеличить пусковой момент двигателя.

Схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором

Для пуска двигателя включают линейный контактор КЛ, через контакты которого обмотка статора двигателя подключается к питающей сети «напрямую». Контакты КУ1 и КУ2 контакторов ускорения при пуске должны быть разомкнуты. Тем самым последовательно в каждую из трех фазных обмоток ротора вводятся обе ступени добавочных ( пусковых ) резисторов r и r . Эти ступени увеличивают общее ( эквивалентное ) сопротивление цепей фазных обмоток ротора, что ( см. выше ) приводит, с одной стороны, к уменьшению пускового тока, с другой - к увеличению пускового момента. трансформатор асинхронный ротор ток

Когда двигатель разгонится до скорости 30-40% номинальной, отключают первую ступень r, для чего замыкают контакты КУ1. Двигатель с броском тока продолжает разгоняться, и при скорости 60-70% номинальной отключают вторую ступень r, для чего замыкают контакты КУ2.

Двигатель после отключения резисторов и продолжает разгоняться до номинальной скорости.

Отключение резисторов можно производить вручную - при помощи контроллеров, или полуавтоматически - при помощи более сложных по устройству магнитных станций. Следует отметить, что, кроме указанных достоинств - увеличенный пусковой момент, меньший пусковой ток, двигатели специального исполнения имеют существенные недостатки:

1. более сложное устройство обмоток роторов;

2. наличие щеточного устройства у двигателей с фазным ротором, снижающее надежность двигателя;

3. худшие эксплуатационные характеристики, а именно - меньшие значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности.

На судах из перечисленных выше типов двигателей специального исполнения ограниченное применение нашли двигатели с двумя клетками на роторе - в электроприводах грузовых лебедок ( суда польской постройки типа «Муром» ), и более широкое применение - двигатели с фазным ротором. Их применяют на многих сериях судов в электроприводах грузовых кранов и брашпилей.



3. Способы возбуждения машин постоянного тока

Под возбуждением электрических машин понимают создание в них магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока показаны на рисунке.

Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы:

1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.

3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.

4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.

4. Трансформаторы для автоматических устройств

Импульсные трансформаторы. Применяются в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т.п. Одно из основных требований, предъявляемых к импульсным трансформаторам, - минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.

Для пояснения принципиальной возможности трансформирования коротких однополярных импульсов рассмотрим идеальный трансформатор (без потерь и паразитных емкостей), работающий без нагрузки. Допустим, на вход этого трансформатора подают однополярные импульсы прямоугольной формы длительностью tи с периодом T. Первичный контур трансформатора обладает некоторой постоянной времени ф=L1/r1, обусловленной индуктивностью этого контура.

Графики напряжений в импульсном трансформаторе показаны ниже:

Рассмотрим случай, когда постоянная времени намного меньше продолжительности импульса: ф<<tи. При этом график первичного тока i1 = f(t) имеет вид кривой, отличающейся от прямоугольника. Кривая же вторичного напряжения u2=f(t) значительно искажена. При этом в интервале времени 1-2 напряжение U2 = О, так как при t1 = const ЭДС е2 = M(di/dt) = 0, где М - взаимная индуктивность между обмотками. Следовательно, при ф<<t трансформирование импульсов невозможно.

Рассмотрим другой случай, когда ф>>tи. Этот случай более реален, так как длительность импульсов обычно не превышает 10-4 с. Теперь, когда импульс u1 прекращается еще до окончания переходного процесса в первичной цепи, импульсы на выходе трансформатора u2 не имеют значительных искажений. При этом отрицательная часть импульса легко устраняется включением диода во вторичную цепь трансформатора.

Рассмотренные явления выявляют лишь принципиальную возможность трансформирования коротких однополярных импульсов без особых искажений их формы. При более подробном рассмотрении работы импульсного трансформатора электромагнитные процессы в нем оказываются намного сложнее, так как на них значительное влияние оказывают явление гистерезиса, вихревые токи, паразитные емкостные связи (между витками и обмотками) и индуктивности рассеянии обмоток. Для ослабления нежелательного влияния перечисленных факторов импульсные трансформаторы проектируют таким образом, чтобы они работали с линейной магнитной характеристикой, т. е. с таким значением магнитной индукции в сердечнике, при котором рабочая точка расположена ниже зоны магнитного насыщения на кривой намагничивания трансформатора. Кроме того, магнитный материал сердечника должен обладать небольшой остаточной индукцией (малой коэрцитивной силой). Для понижения остаточной индуктивности магнитопровод импульсного трансформатора в некоторых случаях снабжают небольшим воздушным зазором. С этой же целью иногда применяют подмагничивание трансформатора постоянным током, полярность которого противоположна полярности трансформируемых импульсов. Это мероприятие позволяет снизить магнитную индукцию в сердечнике в интервале между импульсами.

Магнитопроводы импульсных трансформаторов изготовляют из магнитных материалов с повышенной магнитной проницаемостью (холоднокатаная сталь, железоникелевые сплавы и др.) при толщине ленты 0,02 - 0,35 мм. Иногда магнитопровод выполняют из феррита.

Чтобы уменьшить паразитные емкости и индуктивности рассеяния обмоток, их стараются делать с небольшим числом витков. При этом малая длительность импульсов позволяет выполнять обмотки импульсных трансформаторов проводом уменьшенного сечения (применять повышенные плотности тока), не вызывая недопустимых перегревов. Последнее способствует уменьшению габаритов импульсных трансформаторов.

Пик-трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др. Действие пик-трансформатора основано на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.

Пик-трансформатор с активным сопротивлением. Первичную обмотку трансформатора подключают к сети синусоидального напряжения U1 через большое активное добавочное сопротивление Uдоб. Магнитную индукцию выбирают такой, чтобы магнитопровод находился в состоянии сильного магнитного насыщения. Однако намагничивающий ток i1 при этом будет иметь синусоидальную форму, так как его значение определяется сопротивлением Rдоб. Магнитный поток Ф в магнитопроводе изменяется по уплощенной кривой, а вторичная ЭДС имеет пикообразную форму (штриховая линия на рисунке), достигая максимальных (пиковых) значений в моменты времени, когда магнитный поток Ф и ток i1 проходят нулевые значения, т. е. когда скорости их изменения максимальны. На рисунке показаны пик-трансформаторы с активным сопротивлением (а) и магнитным шунтом (б).

Пик-трансформаторы с магнитным шунтом. Вторичная обмотка расположена на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения (кривая потока Ф2 имеет уплощенную форму). Остальные участки магнитопровода магнитно не насыщены, а поэтому кривая потока Ф = Фш + Ф2 имеет синусоидальную форму. Уплощенная, форма кривой Ф2 =f(t) обеспечивает получение пикообразной формы вторичной ЭДС - штриховая кривая.

Магнитопроводы пик-трансформаторов изготовляют обычно из железоникелевого сплава (пермаллоя).



Практическая часть

Задача 1

Условия задачи:

Для трёхфазного силового трансформатора известны технические данные, указанные в табл. 3.2.1.

Определить: 1) номинальные токи трансформатора Iн1; Iн2; токи при заданной нагрузке I1; I2; 2) коэффициент нагрузки - в; 3) К.П.Д. при заданной нагрузке - Ю; 3) напряжение на зажимах вторичной обмотки при заданной нагрузке - U2; сечение стержня сердечника - Sсep. Обратить внимание на то, что сечение стержня определяют по Фmах. Схема соединения обмоток трансформатора Y/Y-0

Дано: Найти:

S_н=250кВА P_кз=3,7кВт I₂ S_серд

U_н1 =10кВ P_хх=0,74кВт I_н1 в

U_н2=0,4кВ cosг=0,9 I_н2 з

U_к=4,5% P_нагр=150кВт I₁

B=1,2 Тл W₁=1025 U₂

Решение:

1) =250/17,32=14,34А

=250/0,69=362,31А

=150/0,9=166,66кВА - мощность нагрузки

=166,66/0,69=241,53А

=166,66/17,32=9,62А

2) коэффициент нагрузки

=241,53/362,31=0,66

3) к.п.д. при заданной нагрузке

=(0.74+0.66*0.66*3.7)/(0.66*0.9*250+0.74+0.66*0.66*3.7)=2.35/(148.5+2.35)=2.35/150.85=0.015

4) =3.7/3*14.34=3.7/43.02=0.08кВ

=0,13/10=1,3% активная составляющая напряжения к. з.

= реактивная составляющая напряжения к. з.

=0,66(1,3*0,9+14,17*0,9)=0,66(1,17+12,753)=9,18

=0,4*(9,18*0,4/100%)=14В

5) =10/4,44*50*1025=10000/227500=0,043

=0,043/0,95*1,2=0,037 см²

Кс = 0,95 - коэффициент заполнения сердечника сталью.

Задача 2

Для трёхфазного асинхронного двигателя серии 4А известны технические данные, указанные в табл. 3.2.2.

Определить: 1) номинальный и пусковой токи - Iн и Iпуск; 2) потребляемую мощность двигателя - Р1; 3) суммарные потери в двигателе - УP; 4) номинальное скольжение - Sн; 5) электромагнитную мощность - Рэм; 6) мощность электрических потерь в цепи ротора Рэл2; 7) электромагнитный номинальный момент Мэмн; 8) максимальный и пусковой моменты Мmах и Мпуск; 9) по четырём точкам, соответствующим скольжениям: S=0; S=Sн; S=Sкр; S=l, построить механическую характеристику двигателя M=f(S).

Дано:` Найти:

Р_н=15кВт I_пуск/I_н=7,5 I_пуск S_н

U_н =380В P_хх%=3 P₁ М_эмн

з=0,865 cosг=0,83 P_эм М_max

S_к=2 М_пуск/М_эмн=1,4 P_эм2

n_н=1465 об/мин М_max/М_эмн=2,2 М_пуск

S=0=S_н=S_кр=l

Решение:

1) потребляемую мощность

=15/0,865=17,34кВт

2) суммарные потери в двигателе

=17,34-15=2,34кВт

3) =31,77*7,5=238,275А

=17,34/545,64=31,77А

4) номинальное скольжение

=(1500-1465)/1500=0,023 ВА

5) электромагнитный номинальный момент

=9,55*15/1465=97,78 номинальный полезный момент двигателя

=2,86+97,78=100,64

=15000*3/100=450Вт

=9,55*450/1500=2,86

6) =100,64*2,2=221,408

=100,64*1,4=140,89

7) электромагнитную мощность

=100,64*1500/9,55=15807,32

8) электрические потери в цепи ротора

=15807,32*0,023=363,56

9)

Рис.1 механическая характеристика двигателя по четырем точкам

Задача 3

Для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением известны технические данные, указанные в табл. 3.2.3.

Определить: 1) потребляемую мощность - Р1; 2) суммарные потери мощности в двигателе - УP; 3) номинальный ток - Iн, ток возбуждения - Iв , ток якоря - Iа; 4) противо Э.Д.С. - Еа; 5) электромагнитную мощность - Рэм; 6) электромагнитный момент - Мэм; 6) мощность потерь холостого хода - Ро; 7) сопротивление пускового реостата при заданной кратности пускового тока - Rдоб. Величиной тока возбуждения при пуске пренебречь

Электрическая схема ДПТ (двигатель постоянного тока) с параллельным возбуждением

Рис.2. U- напряжение питания; I-ток, потребляемой из сети; Ia-ток обмотки якоря; Iв-ток обмотки возбуждения; Еа-ЭДС обмотки якоря; Ra-сопротивление обмотки якоря; Rов-сопротивление обмотки возбуждения; Rп-пусковой реостат в цепи якоря; Rв-регулировочный реостата цепи обмотки возбуждения;

Дано:` Найти:

Р_н=32кВт R_a20^o=0.045 I_н Р_хх

U_н =220В R_b20^o=60 P₁ R_доб

з=0,87 t=70^oC P_эм I_b

S_к=2 М_пуск/М_эмн=1,2 Е_а

n=3000 об/мин М_эм I_a

Решение:

1)=32/0,87=36,7кВт

2)=36,7-32=4,7кВт

3) =36.7/220=166.81A

=220/72=3.05А

=60*1,2=72 Ом - активное сопротивление обмотки возбуждения при 70°С

=166,81-3,05=16376А Ток якоря

4) противо Э.Д.С.

=220-166,81*0,054=210,99В

=0,045*1,2=0,054 Ом активное сопротивление обмотки якоря при 70°С.

5) электромагнитную мощность

=210,993*163,76=34552,21 ВА

6) электромагнитный момент

=329973,60/3000=109,99

7) мощность потерь холостого хода

=4,7-1,44=3,26 кВт

=163,76*163,76*0,054=1,44 электрические потери в обмотке якоря

8) сопротивление пускового реостата

=220/200,118=1,099 Ом

=1,2*166,81=200,172А



Список литературы

1. Ванурин В.Н. Электрические машины: Учебник.-- СПб.: Издательство «Лань», 2016.-- 304 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Л., 1978. - 832 с.

3. Кацман М.М. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 2000.- 463 c.

Размещено на Allbest.ru