Электротехнические задачи
Основные методические рекомендации по расчету линейных электрических цепей постоянного тока. Характеристика и применение законов Кирхгофа, особенности методов двух узлов и контурных токов. Рекомендации к расчету трехфазных цепей и асинхронного двигателя.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | методичка |
Язык | русский |
Дата добавления | 26.09.2017 |
Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
Факультет непрерывного профессионального образования
Методические материалы для студентов
Электротехника и электроника
Составитель:
доцент кафедры ТОЭ
Т.А. Родыгина
Ижевск 2010
Задача 1. Для эл. цепи, схема которой изображена на рис. 1.1 - 1.50, по заданным в табл. 1 сопротивлениям и эдс выполнить следующее:
Составить систему уравнений, необходимых для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа;
Найти все токи, пользуясь методом контурных токов;
Проверить правильность решения, применив метод узлового напряжения. Предварительно упростить схему, заменив треугольник сопротивлений R4, R5, R6 эквивалентной звездой. Начертить расчетную схему с эквивалентной звездой и показать на ней токи;
Определить показание вольтметра и составить баланс мощностей для заданной схемы;
Построить в масштабе потенциальную диаграмму для внешнего контура.
Таблица 1
Номера |
Е1,В |
Е2,В |
Е3,В |
R01,Ом |
R02,Ом |
R03,Ом |
R1,Ом |
R2,Ом |
R3,Ом |
R4,Ом |
R5,Ом |
R6,Ом |
||
варианта |
рисунка |
|||||||||||||
01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950 |
1.11.21.31.41.51.11.61.71.81.91.101.111.121.131.141.151.161.171.181.191.201.211.221.231.241.251.261.271.281.291.301.311.321.331.341.351.361.371.381.391.401.411.421.431.441.451.461.471.481.491.50 |
225536161420510621441648121287212129155436312301054082255361614510621441648121287212129 |
2418105252216620492481236661248306632796630163210254024181052516620492481236661248306 |
104253228930244101869612403646927632492510103681010425322830244101869612403646927 |
0,20,8--0,90,10,40,8--0,80,90,20,8-1,21,30,7-0,5-1,01,2--1,00,60,60,3-0,80,20,8--0,90,40,8--0,80,90,20,8-1,21,30,7-0,5- |
--0,40,61,2--0,30,80,2--0,61,40,40,6-1,50,4-1,0-0,90,80,70,40,8--0,21,0--0,40,61,2-0,30,80,2--0,61,40,40,6-1,50,4-1,0 |
1,20,80,50,8-1,10,7-1,20,60,70,5--1,2-1,2-0,40,50,81,2-0,81,2--1,00,80,2-1,20,80,50,8-0,7-1,20,60,70,5--1,2-1,2-0,40,50,8 |
28495163,5452,79,02,54,23,52,03,06,02,53,54,55,08,03,01,01,02,01,51,23,05,02849563,5452,79,02,54,23,52,03,06,02,53,54,5 |
14832245671086453211223344556633148324567108645321122 |
83328636424162181104381122131323833283642416218110438 |
421423264886512556415313241211724342142264886512556415313 |
10421285331101010667812214122576812321042125331101010667812214 |
647564313124529864233321345522164756313124529864233 |
Методические рекомендации по расчету линейных электрических цепей постоянного тока
Метод преобразования схемы
Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1. Пусть известны величины сопротивлений резисторов r1, r2, r3, r4, r5, r6, э. д. с. Е и ее внутреннее сопротивление r0. Требуется определить токи во всех участках цепи и напряжение, которое покажет вольтметр (сопротивление его бесконечно велико), включенный между точками схемы а и d.
Такие задачи решаются методом свертывания схемы, по которому отдельные участки схемы упрощают и постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному) сопротивлению относительно зажимов источника питания. Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно соединенных сопротивлений одним эквивалентным сопротивлением. Так, сопротивления r4 и r5 соединены последовательно и их эквивалентное сопротивление
Сопротивления r45 и r6 соединены параллельно и, следовательно, их эквивалентное сопротивление
Рис. 1 Рис. 2
После произведенных преобразований цепь принимает вид, показанный на рис. 2, а эквивалентное сопротивление всей цепи найдем из уравнения ток электрический кирхгоф двигатель
.
Ток I1 в неразветвленной части схемы определим по закону Ома:
I1 = E/rэкв.
Воспользовавшись схемой на рис. 2, найдем токи I2 и I3:
Переходя к рис. 1, определим токи I4, I5 и I6 по аналогичным уравнениям:
Зная ток I1 можно найти ток I2 другим способом. Согласно второму закону Кирхгофа, Uаb = Е - (r0 + r1) I1, тогда
I2 = Uаb/r2.
Показание вольтметра можно определить, составив уравнение по второму закону Кирхгофа, например, для контура acda:
r3 I3 + r4 I4 = Uаd.
Для проверки решения можно воспользоваться первым законом Кирхгофа и уравнением баланса мощностей, которые для схемы, изображенной на рис. 1, примут вид
I1 = I2 + I3; I3 = I4 + I6;
E*I1 = (r0 + r1)I12 + r2I22 + r3I32 + (r4 + r5)I42 + r6I62.
Законы Кирхгофа
Важным вопросом этого раздела является расчет распределения токов в сложных линейных цепях с несколькими источниками. Классическим методом расчета таких цепей является непосредственное применение законов Кирхгофа. Все остальные методы расчета исходят из этих фундаментальных законов электротехники.
Рассмотрим сложную электрическую цепь (рис. 3), которая содержит 6 ветвей. Если будут заданы величины всех э. д. с. и сопротивлений, а по условию задачи требуется определить токи в ветвях, мы будем иметь задачу с шестью неизвестными. Такие задачи решаются при помощи законов Кирхгофа. В этом случае должно быть составлено столько уравнений, сколько неизвестных токов.
Порядок расчета:
Если цепь содержит последовательные и параллельные соединения, ее упрощают, заменяя эти соединения эквивалентными.
Произвольно указывают направления токов во всех ветвях. Если принятое направление тока не совпадает с действительным, то при расчете такие токи получаются со знаком “минус”.
Составляют (п - 1) уравнений по первому закону Кирхгофа (п - число узлов).
Недостающие уравнения составляют по второму закону Кирхгофа, при этом обход контура можно производить как по часовой стрелке, так и против нее. За положительные э. д. с. и токи принимаются такие, направление которых совпадает с направлением обхода контура. Направление действия э. д. с. внутри источника всегда принимают от минуса к плюсу.
Рис. 3 Рис. 4
Полученную систему уравнений решают относительно неизвестных токов. Составим расчетные уравнения для электрической цепи, изображенной на рис. 3. Выбрав произвольно направление токов в ветвях цепи, составляем уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов а, b и с:
(1)
Приняв направление оборота контуров по часовой стрелке, составляем уравнения по второму закону Кирхгофа для трех произвольно выбранных контуров:
для контура adkb:
(2)
для контура bacldkb:
(3)
для контура bmncab:
(4)
Решая совместно уравнения (1), (2), (3) и (4), определяем токи в ветвях электрической цепи.
Легко заметить, что решение полученной системы из шести уравнений является весьма трудоемкой операцией.
Метод контурных токов
При расчете сложных электрических цепей целесообразно применить метод контурных токов (метод ячеек), который позволяет уменьшить число уравнений, составляемых по двум законам Кирхгофа, на число уравнений записанных по первому закону Кирхгофа. Следовательно, число уравнений, составляемых по методу контурных токов, равно т - n + 1. При решении методом контурных токов количество уравнений определяется числом ячеек. Ячейкой будем называть такой контур, внутри которого отсутствуют ветви. В нашем случае таких контуров-ячеек три: bаdkb, асlda и mncabm.
Расчет сложных электрических цепей методом контурных токов ведется следующим образом:
Вводя понятие «контурный ток», произвольно задаемся направлением этих токов в ячейках. Удобнее все токи указать в одном направлении, например по часовой стрелке (рис. 4) .
Составляем для каждого контура-ячейки уравнение по второму закону Кирхгофа. Обход контуров производим по часовой стрелке:
первый контур:
(5)
второй контур:
(6)
третий контур:
(7)
Решая совместно уравнения (5), (6), (7), определяем контурные токи. В том случае, когда контурный ток получается со знаком “минус”, это означает, что его направление противоположно выбранному на схеме.
Токи во внутренних ветвях схемы определяются как сумма или разность соответствующих контурных токов. В том случае, когда контурные токи в ветви совпадают, берут сумму, а когда направлены навстречу ? токи вычитают.
Токи во внешних ветвях схемы равны по величине соответствующим контурным токам.
Пример. Рассчитать сложную цепь постоянного тока для схемы, изображенной на рис. 4. Задано: Е1 = 100 В, Е2 = 120 В, r01 = r02 = 0,5 Ом, r1 = 5 Ом, r2 = 10 Ом, r3 = 2 Ом, r4 = 10 Ом. Определить токи в ветвях цепи.
Решение. Используя уравнения (5), (6) и (7), получаем:
Выразив Ik3 через Ik1 и Ik2:
и произведя соответствующие подстановки, получаем:
Совместное решение полученных уравнений дает:
Определяем токи в ветвях:
Метод двух узлов
На практике часто используются цепи, в которых параллельно включены несколько источников энергии и приемных устройств. Такие цепи удобно анализировать с помощью метода узлового напряжения (напряжения между двумя узлами).
Рис. 5
Пример. Найти токи цепи (рис. 5) и показание вольтметра, если r1 = r2 = r3 = r4 = 10 Ом. Е1 = 10 В, Е2 = 18 В, Е3 = 10 В.
Решение. Найдем узловое напряжение Uab (показание вольтметра):
При этом учитываем, что с плюсом записываются эдс, направленные к узлу «а», с минусом - эдс, направленные от узла «а».
Токи в ветвях определяются по закону Ома:
Знаки «плюс» или «минус» выбираются в соответствии с законом Ома для ветви с источником. Если направление э. д. с. и напряжения совпадают с направлением тока, то берется знак «плюс», в противном случае - знак «минус».
Задача 2. Для электрической цепи, схема которой изображена на рис. 2.1 - 2.50, по заданным в табл. 2 параметрам и ЭДС источника определить токи во всех ветвях цепи и напряжения на отдельных участках. Составить баланс активной и реактивной мощности. Построить в масштабе на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и потенциальную диаграмму напряжений по внешнему контуру. Определить показание вольтметра и активную мощность, измеряемую ваттметром.
Таблица 2
Номера |
Е,В |
f,Гц |
С1,мкФ |
С2,мкФ |
С3,мкФ |
L1,мГн |
L2,мГн |
L3,мГн |
R1,Ом |
R2,Ом |
R3,Ом |
||
Вари-анта |
Рис. |
||||||||||||
01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950 |
2.12.22.32.42.52.12.62.72.82.92.102.112.122.132.142.152.162.172.182.192.202.212.222.232.242.252.262.272.282.292.302.312.322.332.342.352.362.372.382.392.402.412.422.432.442.452.462.472.482.492.50 |
1501001202002205010012020022050100120200220150100120200220501001202002201501001002002205010012020022050100150200220501001202002205010012020022050 |
505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050 |
637-637-637100100----637--637100-100637----637637-637--637318318-318318-637637--637-500500-500500-318318- |
300--300-159300-159318637-300---1600--1600159159159159159159159159159-637----318--318--318--318159-159318-318 |
-100--100--100---100100100200200200200200--200200200--637-637637-300300300300-200200200200200200-159159159--159159- |
-15,9-15,9--15,915,9-15,915,9-31,831,8--31,8--31,831,815,915,9--25-2525---19,1--19,5--15,915,9-9,55--9,55--15,9--15,9 |
-915,9-47,7------15,7--15,915,9-15,931,8----31,8-----9--15,915,915,9-31,831,8-31,831,8-15,915,9--15,9--31,8- |
15,915,915,915,9-115115115115-6,37--------9595--959595959595-31,831,831,831,831,831,895-959595-95-9531,831,831,831,831,831,8 |
288881010-10105-55510-10-101515-15-66666--4010-8888844440-35353535355 |
3333-4-444-10-10102888810-10101010-4--1010-101010-10--4040-101020-20202010 |
444441001001001001008888810101010-10102020202020-202040101040104444440444040404080808080 |
Методические рекомендации по расчету цепей синусоидального тока
Пример. Рассчитать электрическую цепь синусоидального тока со смешанным соединением приемников.
Для схемы, изображенной на рис. 6, известно, что
U = 120 B, r1 = 10 Ом, r2 = 24 Ом, r3 = 15 Ом,
L1 = 19,1 мГ, L3 = 63,5 мГ, С2 = 455 мкФ, f = 50 Гц.
Рис. 6
Определить токи в ветвях цепи, напряжения на участках цепи , активную, реактивную и полную мощности и построить векторную диаграмму.
Решение. Выражаем сопротивления ветвей цепи в комплексной форме:
Z = r ± jx = ze+jц;
Z1 = r1+jщL1 = 10+j2р*50*19,1*10-3 = 10+j6 Ом.
Переходя от алгебраической формы записи комплексного числа к показательной, получаем: Z1 = z1e jц1 = 11,6e j31? Ом,
где Ом = 25e-j16? 15? Ом;
Z3 = r3+jщL3 = 15+j2р*50*63,5*10-3 = 15+j20 Ом =25e j53? 05? Ом.
Рис. 7
Выражаем заданное напряжение U в комплексной форме. Если начальная фаза напряжения не задана, то её можно принять равной нулю и располагать вектор напряжения совпадающим с положительным и направлением действительной оси. В этом случае мнимая составляющая комплексного числа будет отсутствовать (рис. 7):
= U = 220 В.
Полное комплексное сопротивление цепи
Ом.
Определяем ток в неразветвленной части цепи:
A.
Токи и в параллельных ветвях могут быть выражены через ток в неразветвленной части цепи:
= A;
=A.
Токи и можно найти и по-другому:
Найдем мощности всей цепи и отдельных её ветвей:
Для определения активной и реактивной мощностей полную мощность, выраженную комплексным числом в показательной форме, переводим в алгебраическую форму. Тогда действительная часть комплекса будет представлять собой активную мощность, а мнимая - реактивную:
откуда
Р = 494 Вт; Q = 218 вар.
Активную и реактивную мощности можно найти и по-другому:
Р = Re Вт;
Вт; Вт;
Вт.
Проверка показывает, что Р = Р1 + Р2 + Р3.
= 120 * 4,5 sin 23?55? = 218 вар;
вар; вар;
вар.
Учитывая, что Q1 и Q3 положительны (реактивная мощность индуктивных катушек), а Q2 отрицательно (реактивная мощность конденсатора), получим
Q = Q1 - Q2 + Q3 = 218 вар.
На рис. 8 приведена векторная диаграмма токов и напряжений, построенная по расчетным данным. Порядок её построения следующий: по результатам расчетов отложены векторы токов и, затем по направлению отложен вектор и перпендикулярно к нему в сторону опережения - вектор. Их сумма дает вектор Z1. Далее в фазе с построен вектор и перпендикулярно к нему в сторону отставания вектор , а их сумма дает вектор напряжения на параллельном участке Ubc. Тот же вектор может быть получен, если в фазе с отложить и к нему прибавить вектор , опережающий на 900. Cумма векторов Z1 и Ubc дает вектор приложенного напряжения U.
Рис. 8
Задача 3. Для электрической цепи, схема которой изображена на рис. 3.1 - 3.17, по заданным в табл. 3 параметрам и линейному напряжению, определить фазные и линейные токи, ток в нейтральном проводе (для четырехпроводной схемы), активную мощность всей цепи и каждой схемы отдельно. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Таблица 3
Номера |
UЛ,В |
Ra,Ом |
Rb,Ом |
Rc,Ом |
Хa,Ом |
Хb,Ом |
Хc,Ом |
Rab,Ом |
Rbс,Ом |
Rcа,Ом |
Хab,Ом |
Хbс,Ом |
Хcа,Ом |
||
варианта |
Рис. |
||||||||||||||
01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950 |
3.13.13.13.23.23.23.33.33.33.43.43.43.53.53.53.63.63.63.73.73.73.83.83.83.93.93.93.103.103.103.113.113.113.123.123.123.133.133.133.143.143.143.153.153.153.163.163.163.173.173.17 |
127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380127220380 |
88838844416,816,816,8101010---------------101010151515--------------- |
888444883888------------------------------------333 |
888666666888--------------------------------------- |
66644433814,214,28------------------------------------15 |
666333444666101010---------------101010555--------------- |
666888898444101010---------------101010555------------101010 |
---------------88888844416,816,816,8101010---------888---555--- |
---------------888444888888---------333444555------ |
---------------888666666333---------888888666666--- |
---------------66644433314,214,214,2---------444---555101010--- |
---------------666333444666101010------666666888888--- |
---------------666888888444101010------888101010444444--- |
Методические рекомендации по расчету трехфазных цепей
Пример1. В трехфазную сеть с линейным напряжением Uл = 220 В включен приемник, соединенный треугольником, сопротивление каждой фазы которого Z = (10+j10) Ом (рис. 9). Найти токи в каждой фазе нагрузки и линии и показания каждого ваттметра. Построить векторную диаграмму. Найти те же величины в случае обрыва цепи в точке d.
Решение. Расчет токов в трехфазных цепях производится комплексным методом. Примем, что вектор линейного напряжения UАВ направлен по действительной оси, тогда
UAB = Uab = 220 B; UBC = Ubc = 220e-j120? B;
UCA = Uca =220ej120? B.
Рис. 9.
Определяем фазные токи:
A;
A;
A.
Находим линейные токи:
A;
A;
A.
Определим показания ваттметров:
Р1 = Re Вт;
Р2 = Re
Вт.
Активная мощность цепи (алгебраическая сумма показаний ваттметров) Р равна:
Р = Р1 + Р2 = 1530 + 5730 = 7260 Вт,
Вт.
Рис. 10
Пример2. В четырехпроводную трехфазную сеть с линейным напряжением Uл = 220 В включен звездой приемник, активные и индуктивные сопротивления фаз которого соответственно равны: rа = 3 Ом, ха = 4 Ом, rb = 3 Ом, xb = 5,2 Ом, rс = 4 Ом, хс = 3 Ом (рис. 11). Определить токи в линейных и нейтральном проводах и построить векторную диаграмму.
Решение. Считаем, что вектор фазного напряжения Ua направлен по действительной оси, тогда
В, Ub = 127e-j120? B, UC = 127ej120? B.
Рис. 11 Рис.12
Находим линейные токи:
A;
A;
A.
Ток в нейтральном проводе определяется как геометрическая сумма линейных токов:
A
Векторная диаграмма показана на рис. 12
При несимметричной нагрузке для определения активной мощности находят мощность каждой фазы отдельно:
PФ = UФIФ cos ц,
а мощность всей трехфазной системы получают как сумму мощностей всех фаз или используют схему включения двух ваттметров.
Пример 3. В трехфазную сеть с линейным напряжением Uл = 380 В включен звездой приемник, активное, индуктивное и емкостное сопротивление фаз которого равны: r = хL = xc = 22 Ом (рис. 13).
Рис. 13 Рис. 14
Решение. Расчет токов производится комплексным методом. Находим фазные напряжения:
В;
В; Ub = 220e-j120? = (- 110 - j191) B;
UC = 220ej120? = (-110 + j191) B.
Определяем напряжение между нейтральными точками приемника и источника питания:
B.
Определяем напряжения на зажимах фаз приемника:
Uan = 220 - 602 = - 382 B;
Ubn = (-110 - j191) - 602 = (-712 - j191) B;
Ucn = (-110 + j191) - 602 = (- 712 + j191) B.
Определяем фазные (линейные) токи:
A;
A;
А.
Векторная диаграмма изображена на рис. 14.
Из рассмотрения этой задачи следует, что напряжения на зажимах фаз приемника получаются неодинаковыми. Поэтому несимметричные приемники (бытовые и др.) соединяют либо четырехпроводной звездой, либо треугольником.
Задача 4 (варианты 0 - 25). Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, сопротивление фаз обмоток которого R1, R2, X1, X2, соединен треугольником и работает при напряжении Uном с частотой f = 50 Гц. Число витков на фазу обмоток щ1, щ2, число пар полюсов р. Определить: пусковые токи статора и ротора, пусковой вращающий момент, коэффициент мощности при пуске двигателя без пускового реостата, значение сопротивления пускового реостата, обеспечивающего максимальный пусковой момент; величину максимального пускового момента и коэффициент мощности при пуске двигателя с реостатом. При расчете током холостого хода пренебречь. Построить естественную механическую характеристику двигателя. Данные для расчета приведены в табл. 4.
Задача 4 (варианты 26 - 50). Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность Рном, включен в сеть на номинальное напряжение Uном частотой f = 50 Гц. Определить: номинальный Iном и пусковой Iпуск токи, номинальный Мном, пусковой Мпуск и максимальный Мmax моменты, полные потери в двигатели при номинальной нагрузке ?Рном. Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15% и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой? Построить механическую характеристику двигателя. Данные для расчета приведены в табл. 5.
Таблица 4
Номер варианта |
Данные для расчета |
|||||||||
Uном,В |
R1,Ом |
R2,Ом |
Х1,Ом |
Х2,Ом |
щ1 |
щ2 |
Р |
Sном,% |
||
012345678910111213141516171819202122232425 |
220220380380380220220220220380380380380220220220380380380220220220380380220220 |
0,460,580,620,740,780,360,420,640,820,840,780,860,760,480,520,560,620,760,660,580,600,680,420,820,540,42 |
0,070,060,040,070,060,0450,050,060,070,060,040,050,0650,030,0550,0450,060,0450,050,0350,0550,0750,0650,070,0450,03 |
1,522,321,843,524,123,622,823,123,824,243,643,482,243,482,944,423,543,722,922,562,643,481,822,522,383,68 |
0,220,350,420,370,620,480,340,650,480,520,480,780,540,620,360,640,460,540,640,480,560,320,450,640,450,32 |
190260362216424358184412362254228316272458162288204356384452412282368180254322 |
6482724874624282654642547892435462726882685448454858 |
22233322233222233322233222 |
3,03,53,52,52,54,04,55,05,03,03,02,52,52,53,03,03,05,05,05,02,02,04,04,03,03,0 |
Таблица 5
Номер варианта |
Данные для расчета |
|||||||||
Uном,В |
Рном,кВт |
Sном,% |
зном |
cos цном |
р |
Мmax/Мном |
Мпуск/Мном |
Iпуск/Iном |
||
26272829303132333435363738394041424344454647484950 |
220220220220220220220220220220220220220220220220220380380380380380380380380 |
0,80,11,52,23,04,05,57,510131722304055751001013172230405575 |
3,03,04,04,53,52,03,03,54,03,53,53,53,03,03,03,02,53,03,03,03,03,03,03,03,0 |
0,780,7950,8050,830,8450,8550,860,870,880,880,880,880,890,890,900,900,9150,8850,8850,890,900,910,9250,9250,925 |
0,860,870,880,890,890,890,890,890,890,890,900,900,900,910,920,920,920,870,890,890,900,910,920,920,92 |
1111111111111111122222222 |
2,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,22,02,02,02,02,02,02,02,0 |
1,91,91,81,81,71,71,71,61,51,51,21,11,11,01,01,01,01,41,31,31,21,21,11,11,1 |
7,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,07,0 |
Методические рекомендации к расчету асинхронного двигателя
Пример1. Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Рн = 10 кВт, номинальное напряжение Uн = 380 В, номинальное число оборотов ротора пн = 1420 об/мин, номинальный к. п. д. ?н = 0,84 и номинальный коэффициент мощности cos?н = 0,85. Кратность пускового тока Iп/Iн = 6,5, а перегрузочная способность двигателя ? = 1,8. Определить: 1) потребляемую мощность; 2) номинальный и максимальный (критический) вращающие моменты; 3) пусковой ток; 4) номинальное и критическое скольжения. Построить механические характеристики М = f(s) и п = f(М).
Решение. Потребляемая мощность
Номинальный и максимальный моменты:
Номинальный и пусковой токи:
Номинальное и критические скольжения:
Механические характеристики М = f(s) строятся по уравнению:
Таблица 6
№ п/п |
s |
п, об/мин |
М, Н*м |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
0,053 0,4 0,175 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
1420 1350 1238 1200 1050 900 750 600 450 300 150 0 |
67,3 104,3 121,0 120,5 105,3 88,8 75,5 65,2 57,0 50,5 45,5 41,2 |
Частоту вращения двигателя определяем по формуле
n = n0(1 - s)
Задаваясь скольжением S от 0 до 1, подсчитываем вращающий момент. Расчетные данные приведены в табл. 6. Характеристики, построенные по данным табл. 6, изображены на рис. 15, а, б.
Рис. 15
Пример 2. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором сопротивлении фаз обмоток которого r1 = 0,46 Ом, r2 = 0,02 Ом, х1 = 2,24 Ом, х2 = 0,08 Ом, соединен треугольником и работает при напряжении Uн = 220 В с частотой f = 50 Гц. Число витков на фазу обмоток щ1 = 192, щ2 = 36. Обмоточные коэффициенты K1 = 0,932, K2 = 0,955. Число пар полюсов p = 3. Определить: 1) пусковые токи статора и ротора, пусковой вращающий момент, коэффициент мощности (cosцп) при пуске двигателя с замкнутым накоротко ротором; 2) токи ротора и статора и вращающий момент при работе двигателя со скольжением s = 0,03; 3) критическое скольжение и критический (максимальный) момент; 4) величину сопротивления фазы пускового реостата для получения пускового момента, равного максимальному, а также пусковые токи статора и ротора при этом сопротивлении.
Решение. Для приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора коэффициент трансформации:
Приведенные значения сопротивлений роторной обмотки:
Сопротивления короткого замыкания:
Пусковые токи, пусковой момент и *** при пуске двигателя с замкнутым накоротко ротором:
где m2 - число фаз ротора; ?0 - угловая скорость вращения магнитного поля:
Определяем коэффициент мощности:
Токи и вращающий момент при работе двигателя со скольжением s = 0,03:
Критическое скольжение и критический (максимальный) момент:
Определяем сопротивление пускового реостата. Известно, что пусковой вращающий момент достигает максимального значения при условии, что
где - приведенное значение сопротивления пускового реостата:
Пусковые токи при пуске двигателя с реостатом:
Требования к оформлению контрольной работы
1. Вариант контрольной работы выбирается по двум последним цифрам учебного шифра студента.
2. На титульном листе контрольной работы должны быть указаны: шифр; дисциплина; фамилия, имя, отчество; курс; факультет; специальность.
3. Работы, оформленные небрежно, вызывающие затруднения при их чтении, возвращаются студенту для переработки.
4. На страницах оставлять поля шириной не менее трех сантиметров для замечаний рецензента.
5. Все расчеты должны сопровождаться краткими пояснениями.
6. Схемы, векторные диаграммы, графики должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД.
7. Работа должна быть подписана с указанием даты ее завершения.
Литература
а) основная литература
1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа,
1999
2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиз
дат, 1983
3. Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач по электротехнике и основам электроники. -
М.: Высшая школа, 1991
б) дополнительная литература
1. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. - В 3-х книгах // Под ред.
В.Г.Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1997.
2. Электротехника и основы электроники. // Под ред. Глудкина О.П. Учебник для вузов. -
М.: Высшая школа, 1993, электронная версия 1998.
3. Электротехника. Компьютерные технологии практических занятий // Под ред. А.В.Кравцова. - М.: МГАУ им. В.П.Горячкина, 2000.
4. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. - М.: Высшая школа, 1993.
Марченко А.Л. Методические указания к проведению лабораторного практикума. Выпуск 1,2,3. - М.: МАТИ - ЛАТМЭС, 2000.
Вопросы для подготовки к экзамену по курсу " Общая электротехника " (для студентов заочного отделения)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дать определение понятий ЭДС, тока, напряжения, выразить напряжение Uав через величины Е1, Е2, I1, I2 для заданной схемы.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Объяснить применение закона Ома для участка цепи с ЭДС. Вывести формулу для расчета тока в заданной цепи.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Показать на примере заданной схемы расчет токов методом преобразования схемы.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дать определение законов Кирхгофа. Объяснить методику расчета электрической цепи по законам Кирхгофа на примере заданной цепи.
Основные понятия синусоидальной функции электрической величины: амплитуда, начальная фаза, угловая частота. Определить мгновенное значение тока i = 5sin(щt+р/3) для времени t = 1/60 с, если f = 50 Гц.
Объяснить способ построения векторных и волновых диаграмм электрических величин. Изобразить графически i1 = 5sin(314t+450), i2 = 2sin(314t-600). Определить сдвиг по фазе токов i1 и i2.
Закон Ома для резистивного, индуктивного и емкостного элементов в цепи синусоидального тока. Понятие индуктивного и емкостного сопротивлений. Угол сдвига фазы между током и напряжением. Волновые и векторные диаграммы.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Используя второй закон Кирхгофа вывести формулу для расчета полного сопротивления цепи, определить ток I, если U=141sinщt, R = 10 Ом. L = 20 мГн, С = 400 мкФ, f = 50 Гц. Построить треугольник сопротивлений и векторную диаграмму напряжений.
Дать определение резонанса напряжений. Условие наступления резонанса напряжения. Особенности режима цепи при резонансе. Добротность контура. Векторная диаграмма при резонансе напряжений.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Используя первый закон Кирхгофа вывести формулу для расчета полной проводимости цепи. Рассчитать токи в цепи при U=100 В, R1=ХL1= 5 Ом, R2 = ХС2 = 10 Ом. Построить векторную диаграмму токов и треугольник проводимостей.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дать определение резонанса токов. Условие наступления резонанса токов. Особенности режима цепи при резонансе, векторная диаграмма токов. Для заданной цепи определить ХС2, при котором в цепи наступит резонанс токов, если R1 = ХL1 = 10 Ом.
Мощность: полная, реактивная, активная составляющие, треугольник мощностей, понятие коэффициента мощности. Баланс мощностей.
Источник энергии в трехфазной системе. Волновая и векторная диаграммы трехфазной ЭДС. Основные схемы соединения трехфазных цепей. Соотношения между фазными и линейными величинами.
Показать методику расчета трехфазной цепи, соединенной по схеме звезда с нулевым проводом, на примере заданной цепи: UЛ = 173 В, RА = ХLВ = ХС = 10 Ом. Построить векторные диаграммы напряжений и токов.
Показать методику расчета трехфазной цепи, соединенной по схеме треугольник, на примере заданной цепи: UЛ = 173 В, RВС = ХАВ =RСА=10 Ом. Построить векторные диаграммы напряжений и токов.
Активная, реактивная, полная мощность трехфазной системы при соединении нагрузки по схеме звезда и по схеме треугольник. Измерение активной мощности.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Показать методику расчета магнитной цепи на примере заданной цепи. I = 1 А, щ = 100 витков, д = 0,1 мм. Определить значение магнитного потока в зазоре магнитной цепи. Сердечник выполнен из стали Э42. В, Тл
Погрешности измерения и классы точности измерительных приборов.
Измерение электрического тока. Расширение пределов измерения. Шунты и трансформаторы тока.
Измерение электрического напряжения. Добавочные сопротивления и трансформаторы напряжения.
Индукционные приборы. Однофазный счетчик электрической энергии.
Устройство, назначение и принцип действия однофазного трансформатора.
Схема замещения однофазного трансформатора, уравнение электрического и магнитного состояния трансформатора.
Опыт холостого хода и короткого замыкания трансформатора.
Потери мощности и КПД трансформатора.
Внешняя характеристика трансформатора.
Трехфазные трансформаторы. Схемы их соединений. Автотрансформаторы.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Конструкция и принцип действия асинхронной машины.
Энергетическая диаграмма и КПД асинхронного двигателя.
Пуск асинхронного двигателя.
Механическая характеристика асинхронного двигателя. Формула вращающего момента.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя.
Универсальная характеристика асинхронной машины, работа машины в качестве тормоза генератора.
Устройство и принцип действия синхронной машины, работа синхронной машины в режимах генератора и двигателя, характеристики синхронного генератора.
Устройство, принцип действия и область применения машин постоянного тока.
Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением. Их характеристики. Генераторы постоянного тока с последовательным смешанным возбуждением. Их характеристики.
Генераторы постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением. Их характеристики.
Принцип самовозбуждения машин постоянного тока.
Двигатель с параллельным возбуждением, регулирование частоты вращения, механические характеристики.
Двигатели с последовательным и смешанным возбуждением, регулирование частоты вращения, механические характеристики.
Полупроводниковые диоды и тиристоры, устройство, принцип действия, применение в выпрямительных устройствах.
Полупроводниковые транзисторы. Устройство и принцип действия, применение в усилительных устройствах.
Анализ переходных процессов в неразветвленной цепи с резистором и индуктивной катушкой. Построить кривую изменения тока в катушке, сопротивление которой R = 90 Ом, индуктивность L = 50 мГн, при включении ее в цепь постоянного тока напряжением U = 50 В.
Анализ переходных процессов в неразветвленной цепи с резистором и емкостью (заряд и разряд емкости).
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Практические рекомендации по расчету сложных электрических цепей постоянного тока методами наложения токов и контурных токов. Особенности составления баланса мощностей для электрической схемы. Методика расчета реальных токов в ветвях электрической цепи.
лабораторная работа [27,5 K], добавлен 12.01.2010Основные понятия, определения и законы в электротехнике. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока с использованием законов Ома и Кирхгофа. Сущность методов контурных токов, узловых потенциалов и эквивалентного генератора, их применение.
реферат [66,6 K], добавлен 27.03.2009Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.
курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013Анализ электрических цепей постоянного тока. Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа. Расчёт токов методом контурных токов. Расчёт токов методом узлового напряжения. Исходная таблица расчётов токов. Потенциальная диаграмма для контура с двумя ЭДС.
курсовая работа [382,3 K], добавлен 02.10.2008Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013Свойства резистора. Расчет резистивной цепи постоянного тока методом эквивалентного генератора. Изучение методов уравнений Кирхгофа, контурных токов, узловых потенциалов, наложения и двух узлов. Расчет тока в электрических цепях и баланса мощностей.
контрольная работа [443,9 K], добавлен 07.04.2015Решение линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Схема замещения электрической цепи, определение реактивных сопротивлений элементов цепи. Нахождение фазных токов.
курсовая работа [685,5 K], добавлен 28.09.2014Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Ознакомление с основами метода уравнений Кирхгофа и метода контурных токов линейных электрических цепей. Составление уравнения баланса электрической мощности. Определение тока любой ветви электрической цепи методом эквивалентного источника напряжения.
курсовая работа [400,7 K], добавлен 11.12.2014