Электрические машины

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ 1 по выполнению практических работ

Работа 1. Параллельная работа трансформаторов 1. Цель работы Исследование возможности параллельной работы двух трансформаторов, имеющих различные параметры.

2. Схема исследования

На рис.1 приведена электрическая схема параллельной работы двух трехфазных трансформаторов. На рис.2 дана упрощенная схема замещения параллельной работы двух трансформаторов с одинаковыми группами соединений и коэффициентами трансформации.

3. Постановка задачи

По данным, приведенным в таблице 1.1, требуется выбрать два трансформатора Т1 и Т2 , имеющие различную мощность SН и напряжение uK короткого замыкания (к.з.). Значение мощности SН (кВА) указано в обозначении марки трансформатора. Значение напряжения к.з. uK приведено в таблице 1.1 ( % от номинального напряжения).

Номинальное первичное напряжение 10 кВ, вторичное напряжение 0,4 кВ. Требуется рассчитать нагрузку каждого трансформатора при параллельной работе и оценить влияние различия uK на величину допустимой совместной нагрузки.

Выбор варианта производится по последней цифре шифра.

Работа 2. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 1. Цель работы

Теоретическое исследование механической характеристики асинхронного двигателя (АД) и расчет емкости конденсаторов, позволяющих увеличить коэффициент мощности трехфазного асинхронного двигателя. .

2. Схема исследования

Схема исследования приведена на рисунке 2.1. Активная мощность, потребляемая двигателем, измеряется способом двух ваттметров.

Измеренная мощность определяется алгебраической суммой показаний ваттметров Р1 = PW1 + PW2.

3. Постановка задачи

Паспортные данные асинхронного двигателя с короткозамкнутым (к.з.) ротором приведены в табл. 2.1, где Р2Н - номинальная мощность двигателя,

n1 - синхронная частота вращения, ''Н -номинальное значение КПД, cos ''Н - номинальное значение коэффициента мощности, sН - номинальное скольжение, кМ - кратность максимального момента, кП - кратность пускового момента. Частота сети f = 50 Гц, напряжение сети U1Н = 380 В, сопряжение фаз обмотки статора двигателя «звезда».

Выбор варианта производится по последней цифре шифра.

Требуется: -

выполнить расчет механической характеристики; -

рассчитать емкость блока конденсаторов, компенсирующих потребляемую реактивную мощность двигателя до значения

cosφ =0,95. Сопряжение фаз блока конденсаторов указано в таблице 2.1; -

определить показания приборов, указанных на схеме рис.2.1.

Т а б л и ц а 2.1

4. Исходные данные

Вариант

Исходными данными являются паспортные данные асинхронного двигателя: Тип двигателя

Номинальное напряжение U1Н = 380 В, Номинальная мощность двигателя Р2Н = 7,5 Вт, Синхронная частота вращения n1 = 1500 об/мин. Номинальное значение КПД ''Н = 87,5 %, Номинальное значение коэффициента мощности cos ''Н = 0,86 Номинальное скольжение s н =2,9% Кратность пускового момента кП = 2,2 Кратность максимального момента кМ = 3,0 Частота сети f = 50 Гц, Сопряжение фаз обмотки статора двигателя - ''звезда ''. Сопряжение фаз блока конденсаторов -

Работа 3. Исследование синхронного генератора

1. Цель работы Теоретическое исследование работы синхронного генератора.

2. Схема исследования

Схема синхронного генератора приведена на рисунке 3.1.

3. Постановка задачи

Определить величину выходного напряжения генератора при сбросе номинальной нагрузки. Величину тока возбуждения принять неизменным, равным току возбуждения при номинальной нагрузке. Нагрузку принять чисто активной. Определить угол нагрузки θ.

Номинальная полная мощность генератора SН (кВА) и синхронное индуктивное сопротивление Xd в относительных единицах (о.е.) даны в таблице 3.1.

Паспортное номинальное напряжение на Рис.3.1 зажимах генератора UН = 230/400 В.

Принять выходное напряжение UН = 400 В. Определить способ соединения фаз обмотки статора. Выбор варианта производится по последней цифре шифра.

4. Исходные данные

Вариант 3

Мощность SН = 15 кВА, синхронное индуктивное сопротивление Xd = 1,4 о.е. Соединение фаз обмотки статора «звезда».

5.Выполнение работы

5.1. Векторная диаграмма

Так как ток возбуждения генератора остался неизменным, то при сбросе нагрузки выходное напряжение в режиме холостого хода будет определяться величиной ЭДС Е, которую имел генератор при работе под нагрузкой. Величина ЭДС определяется согласно Рис. 3.2. векторной диаграмме.

Векторная диаграмма для чисто активной нагрузки приведена на рис. 3.2. 5.2.

Выполнение расчета 1.

Значения фазного напряжения и способ соединения фаз при напряжении UН = 400 В

При напряжении UН = 400 В обмотка статора должна быть соединена в звезду, при этом фазное напряжение составит

230 В.

2. Фазный ток обмотки статора при номинальной нагрузке и способе соединения фаз «звезда» при напряжении UН = 400 В

Выходной линейный ток генератора, А

При соединении в звезду обмоток фазный ток равен линейному току и составит

= = А.

3. Базисное сопротивление, Ом

4. Синхронное индуктивное сопротивление, Ом

Xd = Xd О.Е.· =

5. Падение напряжения на синхронном индуктивном сопротивлении, В

·Xd =

6. ЭДС обмотки статора, В Согласно векторной диаграмме (рис.3.2) при чисто активной нагрузке величина ЭДС, В

7. Угол нагрузки θ, град

Согласно векторной диаграмме (рис.3.2) θ = arccos(U/E) =

8. Выходное напряжение генератора в режиме холостого хода при номинальном токе возбуждения, В

9. Проверка правильности решения

Из рис.3.2 при чисто активной нагрузке ЭДС в относительных единицах

Величина ЭДС, В

Е = ·ЕОЕ =

Проверка выполняется.

Работа 4. Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения 1. Цель работы

Теоретическое исследование механических характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

2. Схема исследования

Схема исследования приведена на рисунке 2.1.

3. Постановка задачи

Паспортные данные двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения: номинальное напряжение на зажимах двигателя UН, механическая (полезная) мощность Р2Н, номинальная частота вращения якоря nН, номинальный коэффициент полезного действия ''Н, а также сопротивления цепей якоря RЯ и обмотки возбуждения RВ, приведены в таблице 4.1.

Выбор варианта производится по последней цифре шифра.

Требуется сравнить механические характеристики ДПТ при различных способах регулирования частоты вращения.

4. Исходные данные

Вариант

Данные двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения

Номинальное напряжение U1Н = В, Номинальная мощность двигателя Р2Н = кВт, Частота вращения nН = об/мин. Номинальное значение КПД ''Н = %, Сопротивления цепи якоря RЯ = Ом Сопротивление обмотки возбуждения RВ = Ом

5. Выполнение работы

5.1. Расчет номинального режима работы

Потребляемая мощность двигателя, кВт

Р1Н = Р2Н / ''Н =

Потребляемый ток двигателя, А

I1Н = Р1Н 1000 / U1Н) =

Ток возбуждения, А

IВН = UН / RВ =

Ток якоря, А

IЯН = IН - IВН =

Номинальный момент на валу, Нм

МН = 9550 Р2Н / nН =

5.2. Расчет механических характеристик

5.2.1. Расчетная формула

Расчет механической характеристики n = f (М) производим по формуле

СЕ - постоянный коэффициент, определяемый числом пар главных полюсов и типом обмотки якоря; Ф - основной магнитный поток машины

СЕ Ф = (UН - IЯНRЯ) / nН =

СМ = СЕ 60 / 2p » 9,55 СЕ

Для построения механических характеристик ДПТ параллельного возбуждения достаточно двух характерных точек механической характеристики, соответствующих режимам: номинальному и х.х.

5.2.3. Естественная характеристика

Естественная характеристика характеризуется условиями:

U = UН, Ф = ФН, RЯДОБ = 0.

Номинальная частота задана, об/мин : nН=

Частота вращения в режиме х.х. (принимаем М=0), об/мин

n0Н= UН/ СЕ Ф =

5.2.4. Искусственные механические характеристики

5.2.4.1. Регулирование частоты вращения понижением напряжения питания на зажимах якоря

Принимаем напряжение, В

U= 0,8UH =

Режим х.х., об/мин

n0=0,8UН/ СЕ Ф = 0,8· n0Н =

Режим номинального момента, об/мин

n= 0,8 n0Н – МН RЯ/(9,55·(СЕ Ф)2) =

5.2.4.2. Регулирование частоты вращения реостатом в цепи якоря

Принимаем сопротивление, Ом

RЯДОБ = 4 RЯ =

Режим х.х., об/мин

n0Н =UН/ СЕ Ф =

Режим номинального момента, об/мин

n= n0Н – МН (RЯДОБ + RЯ)/(9,55·(СЕ Ф)2) =

5.2.4.3. Регулирование частоты вращения реостатом в цепи возбуждения

Принимаем Ф = 0,9 ФН.

Режим х.х., об/мин

n0=UН/ (СЕ 0,9ФН) = n0Н /0,9=

Режим номинального момента, об/мин

n= n0Н /0,9 – МН RЯ/(9,55·(0,9·СЕ Ф)2) =

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ 2 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Контрольная работа

Задача 1

Трехфазный силовой понижающий трансформатор TC3-400/10 имеет номинальные данные, приведенные в таблице К 1.1: мощность Sн = 400 кВА и напряжение первичной обмотки U1н = 10 кВ процентное значение напряжения короткого замыкания uk = 5,5% и тока холостого хода i0=3,0%, потери холостого хода Р0=1,3 кВт и короткого замыкания Рк=5,4 кВт

Для всех вариантов номинальное напряжение вторичной обмотки U2н = 0,4 кВ.

Коэффициент мощности cos φ2 = 0,8. Характер нагрузки активно-индуктивный.

Фазы первичной и вторичной обмоток соединены «звездой».

Требуется:

1. Определить коэффициент трансформации.

2. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить параметры схемы замещения и изобразить схему.

3. Рассчитать зависимость КПД от нагрузки η = f(β), где коэффициент нагрузки β = S / SН. Расчеты удобно производить, задаваясь значениями β = 0,25 ; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25.

Определить максимальное значение КПД.

4. Рассчитать выходное напряжение на зажимах вторичной обмотки при номинальной нагрузке.

Задача 2

Трехфазный асинхронный двигатель 4АК160S6У3 с фазным ротором имеет следующие данные, приведенные в таблице 2.1: число полюсов 2р = 6, номинальная мощность Р2Н = 7,5 кВт, линейное напряжение обмотки ротора U2Л =300 В, активные сопротивления фазы статора r1 =0,353 Ом, и ротора r 2 =0,481 Ом, при 20°С, индуктивные сопротивления фазы статора x1 = 0,972 Ом, и ротора x 2 =0,92 Ом.

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 синхронную частоту вращения.

2. Определить потребляемый ток, момент и коэффициент мощности при пуске двигателя с замкнутой накоротко обмоткой ротора, т.е. без пускового реостата.

3. 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.

4. Рассчитать механические характеристики двигателя для двух значений добавочных сопротивлений в цепи ротора: RД = 0, RД = RР.

Задача 3

Номинальные данные синхронного генератора ЕСС5-82-4 приведены в таблице 3.1: мощность активная PН = 30 кВт и полная SH = 37,5 кВА, напряжение UН =230/400 В, частота вращения nН= 1500 об/мин, КПД η= 88,2% .Число полюсов 2р=4 определяется частотой вращения генератора.

Требуется определить:

1. Номинальное значение коэффициента мощности cosφН.

2. Фазное напряжение и фазный ток обмотки статора при номинальной нагрузке, а также способ соединения фаз, если номинальное напряжение UН=230 В.

3. Фазное напряжение и фазный ток обмотки статора при номинальной нагрузке, а также способ соединения фаз, если номинальное напряжение UН= 400 В.

4. Вращающий момент приводного двигателя при номинальной нагрузке генератора.

Решение

1. Номинальное значение коэффициента мощности cosφН

Задача 4

Параметры генератора постоянного тока параллельного возбуждения приведены в таблице 4. Здесь приняты обозначения: номинальная мощность Pнг = 3,2 кВт и напряжение Uнг = 115 В, ток возбуждения iвг= 1,4 А, сопротивление обмотки якоря при 15°С Rя = 0,34 Ом, частота вращения nнг= 2860 об/мин , КПД η= 0,785%.

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 UНД = 110 В,и его номинальную мощность РНД =3 кВт выбрать по таблице 4.

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.

Решение

1. Номинальный ток машины:

в режиме генератора


Способ заказа и контакты