Электрические машины: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра электротехники и электромеханики

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Рабочая программа Задание на контрольную работу Методические указания к выполнению контрольной работы Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654100 – электроника и микроэлектроника 200400 – промышленная электроника Направление подготовки бакалавра 550700 – электроника и микроэлектроника Факультет машиностроительный Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 657900 – автоматизированные технологии и производства 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении) Специализация 210217 – компьютерное управление в производстве и бизнесе Направление подготовки бакалавра 552900 – технология, оборудование и автоматизация

Санкт-Петербург 2003

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.313(07) Электрические машины: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы. - СПб.: СЗТУ, 2003. - 22 с. Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированного специалиста 654100, 657900 (специальности 200400 – ″Промышленная электроника″, 210200 – ″Автоматизация технологических процессов и производств″, специализация 210217 – ″Компьютерное управление в производстве и бизнесе″ и направлениям подготовки бакалавра 550700, 552900. Приведены рабочая программа дисциплины, задание на контрольную работу и методические указания к её выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры электротехники и электромеханики 20.01.2003 г., одобрено методической комиссией энергетического факультета 20.06. 2003 г.

Рецензенты : кафедра электротехники и электромеханики СЗТУ (зав. кафедрой В.И.Рябуха, проф.); Ю.Ф.Кокунов, ст. преп. кафедры электрических машин СПбГТУ.

Составитель Е.П. Брандина, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003

3

Предисловие В обширном комплексе средств автоматизации электрические машины занимают особое место, являясь их важнейшей составной частью, от правильности выбора и эксплуатации которых зависит эффективность и надежность работы системы в целом. Целью дисциплины "Электрические машины" является изучение принципа действия, устройства и эксплуатационных свойств электрических машин. Дисциплина "Электрические машины" изучается на 4-м курсе. Ее теоретической базой являются: "Физика", "Высшая математика", "Теоретические основы электротехники". В результате изучения дисциплины студент должен: – иметь представление об основных тенденциях развития систем управления и их элементной базы, об основных проблемах научно--технического развития промышленности; – знать и уметь использовать принципы построения и реализации электромеханических систем, методы расчетов статических и динамических характеристик функциональных устройств систем автоматического управления процессами и оборудованием; – иметь опыт составления расчетных схем для анализа и синтеза сложных электромеханических систем; экспериментальных исследований автоматических и автоматизированных систем управления. Лекции посвящены принципиальным вопросам, поэтому для успешного освоения материала необходима самостоятельная работа с рекомендуемой литературой. В соответствии с учебным планом при изучении дисциплины "Электрические машины" студент должен прослушать курс лекций, пройти лабораторный практикум, выполнить контрольную работу и сдать экзамен, кроме того, студенты специальности 200400 проходят практические занятия и сдают зачет.

4

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Рабочая программа (Объем дисциплины 110 часов) Введение [1], с. 5...36, 52 ... 82 Содержание дисциплины и связь с другими дисциплинами. Назначение и классификация электрических машин. Диаграмма преобразования мощности. Принцип обратимости. Основные электромагнитные схемы электрических машин. Обобщенный электромеханический преобразователь. Основные номинальные режимы работы. Нагревание электромеханических устройств, классы нагревостойкости изоляции, связь срока cлужбы электромеханического устройства с величиной нагрузки. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные виды электрических машин. 2. Какова роль электрических машин в энергетике ? 3. Назовите основные явления и законы, определяющие работу электрических машин и трансформаторов. Напишите их математические выражения, укажите единицы измерения. 4. В чем заключается принцип обратимости электрических машин ? 1.1.1. Трансформаторы [1], с. 83 .... 147 Назначение и классификация трансформаторов. Принцип действия. Элементы конструкции и основные конструктивные модификации. Трехфазные силовые трансформаторы. Схемы и группы соединений. ЭДС обмоток. Уравнения напряжений и токов. Приведенный трансформатор. Эквивалентная схема замещения трансформатора. Физические процессы в трансформаторе в режимах холостого хода, короткого замыкания, работы под нагрузкой. Изменение выходного напряжения при нагрузке, внешние характеристики. Потери и КПД. Условие максимума КПД. Параллельная работа трансформаторов, условия включения на параллельную работу. Понятие о несимметричных режимах работы.

5

Специальные типы трансформаторов: многообмоточные трансформаторы, автотрансформаторы, трансформаторы для преобразователей, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Вопросы для самопроверки 1. Поясните принцип работы трансформатора. 2. Изобразите электрическую схему однофазного трансформатора. 3. Изобразите электрические схемы трехфазного трансформатора при соединении обмоток У/У - 0, У/Ун - 0, У/Д -11. 4. Какая обмотка трансформатора называется первичной и какая вторичной обмоткой ? 5. Почему магнитопровод трансформатора выполняется шихтованным ? 6. Как определяется коэффициент трансформации ? 7. Напишите формулу ЭДС обмотки трансформатора. 8. Напишите уравнения напряжений для первичной и вторичной обмоток. 9. Напишите уравнения токов. 10. Для какой цели и каким образом производится приведение параметров вторичной обмотки к первичной? 11. Изобразите схему замещения трансформатора . 12. Какие параметры трансформатора определяются из опыта холостого хода и из опыта короткого замыкания ? 13. Какие потери трансформатора определяются из опыта холостого хода и из опыта короткого замыкания ? 14. Напишите формулу КПД трансформатора. 15. При какой нагрузке трансформатор имеет максимум КПД ? 16. Почему при чисто активной нагрузке коэффициент мощности в первичной цепи меньше единицы ? 17. Как определяется напряжение короткого замыкания ? Назовите его примерное значение. 18. Как вычисляется изменение выходного напряжения трансформатора при нагрузке ? 19. Изобразите внешние характеристики трансформатора для различных видов нагрузки (активная, активно-индуктивная, активно-емкостная). 20. Перечислите условия включения трансформаторов на параллельную работу.

1.1.2. Машины переменного тока

6

1.1.2.1. Основы общей теории машин переменного тока [1], с. 36...52; [2], c. 85...110 Общие свойства машин переменного тока, сходство и различие синхронных и асинхронных машин. Понятие об обмотках статора и ротора. Электродвижущая сила(ЭДС) и магнитодвижущая сила(МДС) обмоток. Принцип создания вращающегося магнитного поля. Вопросы для самопроверки 1.Что является общим для машин переменного тока ? 2.Перечислите условия создания вращающегося магнитного поля. 3.Как определяется частота вращения магнитного поля ? 1.2.2. Асинхронные машины [1], с. 150 ... 224 Назначение и область применения. Принцип действия, устройство. Физические процессы в асинхронной машине. Схема замещения. Электромагнитный вращающий момент. Механические характеристики. Режимы работы и энергетические соотношения. Пуск в ход и регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Особые виды и режимы работы многофазных асинхронных двигателей: двигатели с улучшенными пусковыми свойствами, с неподвижным ротором, с массивным ротором, с разомкнутым магнитопроводом статора (линейные двигатели). Однофазные асинхронные двигатели. Асинхронные микромашины автоматических устройств: исполнительные (управляемые) двигатели, тахогенераторы, вращающиеся (поворотные) трансформаторы, сельсины. .Асинхронные генераторы Вопросы для самопроверки 1. Объясните устройство и принцип работы асинхронного двигателя. 2. Почему пусковой ток асинхронного двигателя значительно превышает номинальный ток? 3. Какими факторами определяется частота вращения асинхронного двигателя? 4. Чем отличается короткозамкнутый двигатель от двигателя с фазным ротором? 5. Как осуществить изменение направления вращения ротора двигателя?

7

6. Чему равна частота ЭДС в роторе, если частота в сети равна 50 Гц, а скольжение составляет 2%? 7. При каких условиях асинхронная машина работает в режиме: а) генератора; б) электромагнитного тормоза ? 8. Напишите выражения для ЭДС, наводимой в неподвижном и во вращающемся роторе. 9. Выведите выражение для тока во вращающемся роторе. 10. Объясните, в чем заключается аналогия между асинхронным двигателем и трансформатором? 11. Выведите выражение для вращающего момента двигателя. 12. Изобразите механическую характеристику M = f (s ) асинхронного двигателя. 13. Укажите на механической характеристике область устойчивой работы. 14. Укажите на механической характеристике режим х.х., номинальный режим и пусковой. 15. Почему при увеличении скольжения в пределах от 0 до sk вращающий момент увеличивается, а при дальнейшем увеличении скольжения от sk до 1 - уменьшается? 16. Как влияет величина сопротивления цепи ротора на пусковые свойства двигателя? 17. Какие существуют способы уменьшения пускового тока в двигателе с короткозамкнутым ротором? 18. Перечислите возможные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. 19. Как осуществляется изменение числа пар полюсов обмотки статора двигателя? 20. Начертите искусственную механическую характеристику двигателя с фазным ротором при регулировании частоты вращения путем включения реостата в цепь ротора. 21. Каким образом асинхронная машина может быть использована для регулирования напряжения? 22. Что является основным недостатком однофазного асинхронного двигателя ? Какие существуют способы устранения этого недостатка ?

1.1.2.3. Синхронные машины [1], с. 226 ... 290 Назначение и область применения. Принцип действия, конструкция явнополюсных и неявнополюсных синхронных машин. Магнитные поля, реакция якоря (статора) и индуктивные сопротивления синхронных машин. Основные виды векторных диаграмм напряжений синхронной машины. Понятие о характеристиках синхронных генераторов.

8

Трехфазный синхронный двигатель. Принцип работы и векторные диаграммы, электромагнитный момент. Способы пуска и регулирования частоты вращения. Уравнение электромагнитной мощности, угловая характеристика, работа при изменении тока возбуждения (V - образные характеристики) синхронных машин. Синхронный компенсатор. Синхронные микромашины автоматических систем: реактивный, гистерезисный, безредукторный, шаговый двигатели. Вопросы для самопроверки 1. Как устроена синхронная машина? Каково назначение ее частей? 2. Напишите выражение для действующего значения ЭДС синхронного генератора при холостом ходе. 3. Начертите характеристику холостого хода синхронного генератора. 4. В чем заключается явление реакции якоря в синхронной машине? 5. Какова физическая сущность синхронного индуктивного сопротивления? 6. Перечислите условия и порядок включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью трехфазного тока. 7. Изложите принцип работы синхронного двигателя. 8. Почему пуск в ход синхронного двигателя осуществляется более сложным образом, чем пуск асинхронного двигателя? 9. Начертите механическую и угловую характеристики синхронного двигателя. 10. Как влияет изменение тока возбуждения на режим работы синхронного двигателя? 11. Возможно ли регулирование частоты вращения синхронного двигателя? 12. Для какой цели применяются синхронные компенсаторы ? 1.1.3. Машины постоянного тока [1], с. 295 ... 340 Назначение и область применения электрических машин постоянного тока. Принцип действия в режимах работы генератора и двигателя. Принцип обратимости. Устройство униполярной и коллекторной машины постоянного тока. Понятие об обмотках якоря. ЭДС обмотки якоря. Электромагнитный момент. Магнитные поля машины постоянного тока: магнитная цепь, понятие о реакции якоря и ее влияние на работу машины.

9

Сущность процесса коммутации и способы его улучшения. Классификация электрических машин постоянного тока по способу возбуждения. Характеристики генераторов постоянного тока. Сварочные .генераторы постоянного тока. Двигатели постоянного тока (ДПТ): пуск и ход , регулирование частоты вращения. Двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Импульсное питание двигателей постоянного тока. Крановые и металлургические двигатели. Специальные типы машин постоянного тока : электромашинные усилители (ЭМУ), тахогенераторы, исполнительные (управляемые) двигатели, бесконтактные двигатели постоянного тока. Вопросы для самопроверки 1. Изобразите схематически устройство машины постоянного тока. 2. Объясните принцип работы машины постоянного тока в качестве генератора и двигателя. 3. Объясните устройство и назначение коллектора. 4. Напишите формулу ЭДС, наводимой в обмотке якоря, и формулу электромагнитного момента. 5. Начертите характеристику холостого хода. Объясните, почему при токе возбуждения, равном нулю, электродвижущая сила якоря не равна нулю? Почему характеристику холостого хода не прямолинейна ? 6. Объясните сущность реакции якоря. Как она влияет на работу машины? 7. Что называется коммутацией в машине постоянного тока? Какие процессы с нею связаны ? 8. Какие существуют средства ослабления реакции якоря? Какие существуют способы улучшения коммутации? 9. Поясните назначение дополнительных полюсов. 10. В чем состоит процесс самовозбуждения генератора? В каком случае в генераторе с параллельным возбуждением самовозбуждение не наступает? 11. Изобразите внешнюю и регулировочную характеристики для генераторов с независимым и параллельным возбуждением. 12. Напишите уравнения напряжений по 2-му закону Кирхгофа для машины, работающей в режиме генератора и в режиме двигателя. 13. Напишите уравнения токов по 1-му закону Кирхгофа для машины с параллельным возбуждением, работающей в режиме генератора и в режиме двигателя. 14. Изобразите графически зависимости M = f1 ( I a ) и n = f 2 ( I a ) для двигателя с параллельным и последовательным возбуждением.

10

15. Какие двигатели (с какой системой возбуждения) применяются в станках и подъемно-транспортных механизмах? 16. Напишите формулу механической характеристики двигателя. Начертите механические характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. 17. Начертите три механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением - естественную и две искусственные: при включении реостата в цепь якоря и при включении регулировочного реостата в цепь возбуждения. 18. Перечислите способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока и укажите преимущества и недостатки этих способов. 19. Как изменить направление вращения двигателя ? 20. Укажите условия параллельной работы генераторов. 21. Объясните принцип действия ЭМУ. 22. Объясните назначение компенсационной обмотки ЭМУ и влияние ее на характеристики. 23. Перечислите способы регулирования исполнительных двигателей постоянного тока. 24. Объясните причину наличия зоны нечувствительности и несимметрии при изменении направления вращения в характеристике тахогенератора постоянного тока. 25. Как устроен моментный двигатель и почему он развивает повышенный момент? 26. Объясните устройство полупроводникового коммутатора. Зачем в двигателе необходим датчик положения ротора? 27. Как устроены МГД-машины постоянного тока?

1.1.4. Электрические машины малой мощности [1], 321, 423, 512 Электрические машины малой мощности: их назначение и области применения. Виды электрических машин малой мощности. Исполнительные двигатели переменного и постоянного тока. Тахогенераторы постоянного и переменного тока. Универсальный коллекторный двигатель. Сельсины, требования к системам синхронной связи. Асинхронные двигатели малой мощности: общего применения и управляемый с полым и короткозамкнутым ротором. Явление самохода. Синхронные двигатели малой мощности: реактивный, гистерезисный, с постоянными магнитами. Шаговые двигатели. Вращающийся трансформатор. Вопросы для самопроверки 1. Объясните устройство исполнительных двигателей постоянного и переменного тока и способы их управления ?

11

2. Какие основные требования предъявляются исполнительным двигателям ? 3. Объясните устройство тахогенераторов постоянного и переменного тока, приведите их выходные характеристики и область применения. 4. Что такое электромашинный усилитель, как работает, чему равен его коэффициент усиления и где используется ? 5. Объясните принцип работы универсального коллекторного двигателя последовательного возбуждения. 6. Объясните устройство и принцип действия сельсинов. 7. Какие основные требования предъявляются к системам синхронной передачи ? 8. Объясните устройство гистерезисного двигателя и его особенности. 9. Что такое шаговый двигатель ? Объясните принцип его работы. 10. Что такое вращающийся трансформатор ? Какие вы знаете типы ?

1.2. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (16 часов) Темы лекций Трансформаторы Асинхронные машины Синхронные машины Машины постоянного тока

Количество часов 4 4 4 4

1.3.Темы практических занятий для студентов специальности 200400 (4 часа) Темы занятий Асинхронный двигатель Машины постоянного тока

Количество часов 2 2

1.4. Темы лабораторных работ Темы лабораторных работ Трансформатор Асинхронный двигатель Генератор постоянного тока Двигатель постоянного тока Электромашинный усилитель поперечного поля Сельсины

Количество часов 4 4 4 4 4 4

12

Студенты очно-заочной формы обучения специальности 200400 выполняют 3 лабораторных работы (12 часов), студенты специальности 210200 выполняют 4 лабораторных работы (16 часов).

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной : 1. Копылов И.П. Электрические машины. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 2. Брандина Е.П. Электрические машины: Письменные лекции. Примеры решения задач. - СПб.: СЗТУ, 2002. -148 с. Дополнительный: 3. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. - М.: Высш. шк.,. 1990. 1987. 4. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики. - М.: Высш. шк., 1986. 5. Читечян В.И. Электрические машины: Сборник задач. - М.: Высш. шк., 1988. 6. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под общ. ред. И.П.Копылова и Б.К.Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 7. Электротехнический справочник : В 3т. Т.2. - М.: Энергоатомиздат, 1986. 8. Рябуха В.И. Электрические машины: общие вопросы теории машин переменного тока: Сборник задач с ответами. -СПб.: СЗПИ, 1994. 9. Рябуха В.И. Электрические машины. Трансформаторы: сборник задач с ответами. -СПб.: СЗПИ, 1994. 3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Задание на контрольную работу состоит из 3 задач. К каждой задаче дана таблица из 20 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами шифра студента. Нечетная предпоследняя цифра соответствует первой половине таблицы, четная - второй половине. Например, учебному шифру 046 соответствует вариант 16, шифру 406 – также вариант 16, а шифру 156 - вариант 6. При расчетах сначала приводится расчетная формула, в формулу подставляются числовые значения величин и затем дается результат вычисления с указанием единицы физической величины. Расчеты производятся в системе СИ. Графики должны соответствовать действующим ГОСТам и выполняться с применением чертежного инструмента.

13

Задача 1 Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет данные, приведенные в табл.1: число полюсов 2р, номинальная мощность Р2Н , линейное напряжение обмотки ротора U2Л, активные сопротивления фазы статора r1 и ротора r'2 при 20°С, индуктивные сопротивления фазы статора x1 и ротора x'2. Частота сети f 1= 50 Гц . Напряжение сети U1 = 380 В. Соединение обмоток статора и ротора "звезда". Класс нагревостойкости изоляции F, расчетная температура обмоток 115 ° С. Требуется: 1. Определить потребляемый ток, момент и коэффициент мощности при пуске двигателя с замкнутой накоротко обмоткой ротора, т.е. без пускового реостата. Определить синхронную частоту вращения. 2. Определить сопротивление пускового реостата RР , при котором начальный пусковой момент имеет максимально возможное значение. Определить в этом режиме пусковой момент, ток статора и коэффициент мощности. 3. Построить механические характеристики двигателя для трех значений добавочных сопротивлений в цепи ротора: RД = 0, RД = RР /2, RД = R Р. Таблица 1 Данные асинхронных двигателей с фазным ротором Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Тип двигателя

2р

Р2н кВт

4АК160S4У3 4АК160М4У3 4АК180М4У3 4АК200М4У3 4АК200L4У3 4АК225М4У3 4АК250SА4У3 4АК250SВ4У3 4АК250М4У3 4АК160S6У3

4 4 4 4 4 4 4 4 4 6

11,0 14,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 71,0 7,5

U2л В

r2 Ом

r1 Ом

x1 Ом

x2 Ом

305 300 295 340 350 160 230 200 150 300

0,2700 0,1880 0,0989 0,0900 0,0743 0,0534 0,0391 0,0277 0,0193 0,4810

0,2320 0,1470 0,1060 0,0734 0,0634 0,0102 0,0111 0,0120 0,0128 0,3530

0,668 0,479 0,258 0,258 0,217 0,187 0,173 0,129 0,085 0,972

0,544 0,513 0,233 0,310 0,281 0,0376 0,0758 0,0426 0,0446 0,920

14

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

4АК160М6У3 4АК180М6У3 4АК200М6У3 4АК200L6У3 4АК225М6У3 4АК160S8У3 4АК160М8У3 4АК180М8У3 4АК200М8У3 4АК225М8У3

6 6 6 6 6 8 8 8 8 8

10,0 13,0 18,5 22,0 30,0 5,5 7,1 11,0 15,0 22,0

310 325 360 330 140 300 290 270 360 102

0,2900 0,1940 0,1410 0,1210 0,0942 0,6520 0,4560 0,2430 0,1940 0,1400

0,2590 0,2110 0,1470 0,1010 0,0120 0,7320 0,4030 0,1670 0,2030 0,0118

0,662 0,496 0,336 0,307 0,267 1,650 1,290 0,700 0,472 0,471

0,807 0,614 0,391 0,311 0,0572 1,612 1,420 0,685 0,631 0,0441

Задача 2 Параметры генератора постоянного тока параллельного возбужде –ния приведены в табл.2. Здесь приняты обозначения : номинальные мощность Pнг и напряжение Uнг ,ток возбуждения iвг , сопротивление обмотки якоря при 15 оС Rя1ф , частота вращения nнг , КПД η. При расчете пренебречь реакцией якоря и считать ток возбуждения машины постоянным.

Требуется: 1. Определить , какую частоту вращения разовьет данная машина в качестве двигателя, считая, что КПД при номинальной нагрузке в генераторном и двигательных режимах работы равны . Напряжение на зажимах двигателя и его номинальную мощность выбрать по табл .2. 2. Определить изменение частоты вращения двигателя при переходе от номинальной нагрузки к холостому ходу ( током якоря при холостом ходе пренебречь). 3. Определить, как изменится частота вращения двигателя, если подведенное к обмотке якоря напряжение уменьшится до 0,8 Uнд при неизменном тормозном моменте, соответствующем номинальной мощности двигателя. Таблица 2 Данные генераторов постоянного тока

15

Вариант

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

РНГ, кВт 215 115 27 19 14 11 8 6 4,5 3,2 2,2 1,35 0,85 1,35 0,85 1,00 0,67 1,00 0,67 0,37

UНГ, В 230 470 115 230 230 230 230 230 115 115 115 115 115 230 230 115 115 230 230 230

iНГ, А 9,0 4,0 5,0 2,0 1,6 1,2 2,0 1,0 1,6 1,4 0,43 0,43 0,33 0,23 0,22 0,25 0,25 0,15 0,18 0,18

nНГ,

об/мин

630 850 1150 1500 1500 1500 3000 1500 3000 2860 2000 1450 2000 1450 2930 2300 2800 2930 2300 1450

η

RНГ, Ом

0,920 0,915 0,860 0,845 0,865 0,840 0,835 0,825 0,800 0,785 0,820 0,810 0,680 0,700 0,680 0,740 0,740 0,740 0,680 0,680

0,074 0,0715 0,02 0,16 0,21 0,21 0,44 0,62 0,23 0,34 0,41 0,84 1,62 3,44 6,64 3,31 2,34 4,87 10,50 15,50

РНД, кВт 195 107 25 17 12 9 6 5,5 4 3 2,04 1,25 0,79 1,25 0,79 0,93 0,62 0,93 0,62 0,34

UНД, В 220 440 110 220 220 220 220 220 110 110 110 110 110 220 220 110 110 220 220 220

Задача 3 Исходными данными являются паспортные данные двигателя постоянного параллельного возбуждения, приведенные в табл.3: номинальное напряжение на зажимах двигателя UН ; механическая (полезная) мощность Р2Н ; номинальная частота вращения якоря nН ; номинальный коэффициент полезного действия ηН ; сопротивление цепи якоря RЯ ; сопротивление обмотки возбуждения RВ индуктивность цепи якоря L я . Требуется: 1. Рассчитать и построить по двум точкам (холостой ход и нагрузка номинальным моментом) естественную механическую характеристику и три искусственные характеристики для следующих случаев: – напряжение на якоре меньше номинального на 20%; – добавочное сопротивление в цепи якоря составляет RРЯ = 4RЯ; – магнитный поток меньше номинального на 10%.

16

Результаты расчета дать в табличном виде по форме 1. Форма 1 Результаты расчета механических характеристик Частота вращения n , об/мин Момент М, Нм

U = 0,8UН, Ф = ФН, RрЯ= 0

U = UН, Ф = ФН, RрЯ= 0

U = UН, Ф = ФН RрЯ= 4RЯ

U = UН, Ф = 0,9ФН RрЯ= 0

0 МН 2. Определить электромагнитную постоянную времени обмотки якоря.

Таблица 3 Данные двигателей постоянного тока Вариант

РН

UH

nH

кВт

B

об/мин

ηH %

Сопротивления обмоток при 15°С, Ом RЯ15 RДП15 RB15

Идуктивность цепи якоря LЯ , мГн

Тип двигателя 2ПФ180МУХЛ4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

9 9 9 12 12 12 15 15 15 26

110 220 440 110 220 440 110 220 440 220

800 750 750 1060 1060 1060 1500 1500 1500 3150

77 76,5 77,5 81 82 81 84 85,5 85,5 89

0,058 0,286 1,15 0,038 0,15 0,688 0,022 0,084 0,338 0,022

0,037 0,206 0,72 0,025 0,092 0,482 0,015 0,056 0,221 0,015

41 49,2 49,2 49,2 49,2 49,2 49,2 49,2 49,2 49,2

1,9 22 37 1,2 4,9 22 0,68 2,7 10,9 0,68

17

11

26

440

3150

89,5

0,084

0,056

49,2

2,7

55 55 55 55 55 42 42 31,7 31,7

1,16 4,6 21,8 3,2 3,2 1,15 4,6 2,1 1,2

Тип двигателя 2ПН220LУХЛ4 12 13 14 15 16 17 18 19 20

11 11 11 16 16 30 30 53 75

110 220 440 220 440 220 440 440 440

800 800 750 1000 1000 1500 1600 2360 3150

83 84 83,5 86 86 88,9 89,5 90,5 91,5

0,031 0,125 0,565 0,083 0,343 0,031 0,185 0,056 0,031

0,02 0,08 0,393 0,053 0,224 0,02 0,08 0,037 0,02

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Задача 1 Основные формулы Синхронная частота вращения, об/мин, n1 = 60 f1 /р. Активное сопротивление обмотки при 115 °С, Ом, R = r (235+115)/(235+20). Полное сопротивление короткого замыкания, Ом, Z k = ( R1 + R2` ) 2 + ( x1 + x2` ) 2 = Rk2 + X k2 ,

где RК = R1 + R'2Σ , R'2∑ = R2' + R'Р, XК = x1 + x'2. Начальный пусковой ток, А, U I П = 1Ф . ZK Коэффициент мощности при пуске cos ϕК = RК / ZК . Пусковой момент, Нм, МП = р m U21Ф R`2∑ / (2π f1 Z2К ),

18

где m = 3 - число фаз обмотки статора.. Критическое скольжение sК ≈ R'2∑ / XК. Максимальный момент, Нм, МК ≈ р m U21Ф / (4π f1 XК ). При расчете механической характеристики рекомендуется использовать упрощенную формулу Клосса М = 2 МК /(sК/s + s/ sК ), причем значения sК различны для каждой механической характеристики. Так как при скольжении s > 0,03 формула Клосса может дать существенную ошибку, то рекомендуется значение пускового момента принять из предыдущих расчетов. Задача 2 Основные формулы 1. Номинальный ток машины: в режиме генератора Iнг = Pнг / Uнг ; в режиме двигателя

Iнд = Pнд / (Uндη) .

Ток в обмотке якоря: в режиме генератора Iя нд = Iнг + iвг ; в режиме двигателя

Iя нд = Iнд – iвд .

Так как по условию задачи ток возбуждения остается неизменным, то iвг = iвд . 2. ЭДС обмотки якоря при номинальной нагрузке: в режиме генератора

Eнг = Uнг + Iя нгRя 75° + ∆Uщ ;

в режиме двигателя

Eнд = Uнд – Iя ндRя 75° – ∆Uщ ,

где Rя 75° = Rя 15° (235+75) /(235+15) – сопротивление обмотки якоря, приведенное к температуре 75оС, Падение напряжения в переходном контакте щеток обычно принимают

19

∆Uщ = 2В. 3. Частоту вращения n можно определить из формулы ЭДС Е: Е = сnФ, где с - постоянный для данной машины коэффициент. Магнитный поток Ф считаем постоянным, так как ток возбуждения по условию задачи не меняется, а реакцией якоря пренебрегаем. Таким образом, частота вращения двигателя nнд при номинальной нагрузке может быть найдена из соотношения откуда

Енг / Енд = nнг / nнд, nнд = n нг(Eнд / Eнг).

4. Для того , чтобы найти изменение частоты вращения двигателя при переходе от номинальной нагрузки к холостому ходу, используем уравнения ЭДС двигателя: при номинальной нагрузке Енд = Uнд – Iя нд Rя 75° - ∆Uщ = сn нд Ф ; при холостом ходе, пренебрегаем током якоря ( по условию задачи), Еод ≈ Uнд = с nод Фо. Откуда, принимая магнитный поток постоянным, получаем соотношение nод /nнд = Uнд /E нд , из которого определяем искомую частоту вращения двигателя при холостом ходе nод = nнд (Uнд /E нд). Относительное изменение частоты вращения ∆ = (nод – nнд) / nнд 100% 5. Для определения частоты вращения двигателя при пониженном напряжении, рассмотрим сначала формулу электромагнитного момента М = кФIяд , где к - постоянный для данной машины коэффициент. По условию задачи, при изменении напряжения момент двигателя остается равным номинальному, и магнитный поток Ф не меняется . Отсюда

20

следует, что ток обмотки якоря при изменении напряжения также остается постоянным, равным номинальному Iя нд .Это обстоятельство позволяет записать формулы частоты вращения двигателя: при номинальном напряжении Uнд nнд = ( Uнд – Iя нд Rя 75 –∆Uщ) /с⋅Ф; при пониженном напряжении 0,8Uнд n = (0,8Uнд –Iя

нд Rя 75°

– ∆Uщ) /с⋅Ф.

Искомое изменение частоты вращения n /nнд = (0,8Uнд– Iя нд Rя 75° – ∆Uщ)/ (Uнд – Iя нд Rя 75° – ∆Uщ). Задача 3 Основные формулы 1. Ток возбуждения двигателя U i = в . вд R в75

2. Номинальный потребляемый ток двигателя P н . I = н U ⋅η н н

3. Ток обмотки якоря I = I −i . ян

н

н

ω

в

4. Номинальный момент двигателя P M = н , н

где угловая частота вращения 2π ⋅ n н. ω = н 60 5. ЭДС обмотки якоря при номинальной нагрузке в режиме двигателя Eн = U н − I ян R75 − ∆U щ = cnнФ .

Падение напряжения в переходном контакте щеток обычно принимают ∆Uщ = 2 В .

21

6. Электромагнитный момент M = k ⋅ Ф ⋅ Iя , где к - постоянный для данной машины коэффициент. 7. Электромагнитная постоянная цепи якоря L Tэм = я . R75

Сводный темплан 2003 г. Лицензия ЛР N020308 от 14.02.97 Редактор А.В. Алехина ______________________________________________________________ Подписано в печать .09.2003. Формат 60х84 1/16 Б.кн.-журн. П.л. 1,5. Б.л. 0,75. РТП РИО СЗТУ. Тираж 100. Заказ ______________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско - полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5