ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Изучение электрических машин постоянного ток надо начинать с их принципа работы и устройства. Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т.е. может работать в режимах генератора и двигателя, изучение таких вопросов, как способы возбуждения, электромагнитный момент, э.д.с. и ряд других, необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов. Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах машины U, ее э.д.с. Е и падением напряжения RяIя в обмотке якоря для генераторного и двигательного режимов; для генератора E=U+RяIя; для двигателя U=E+RяIя.

Изучая работу машины постоянного тока в режиме двигателя, надо обратить особое внимание на пуск, регулирование частоты вращения и вращающий момент двигателя, а в режиме генератора – на самовозбуждение. Характеристики генераторов и двигателей дают наглядное представление об эксплутационных свойствах электрических машин.

После изучения данного раздела студент должен:

1) знать основные конструктивные элементы машин постоянного тока: статор, обмотку возбуждения, якорь, обмотку якоря; термины: щеточно-коллекторный узел, геометрическая и физическая нейтрали, реакции якоря, коммутация, противо-э.д.с.; классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения; внешние характеристики генераторов постоянного тока всех способов возбуждения; механические характеристики двигателей постоянного тока всех способов возбуждения; способы пуска двигателей постоянного тока: способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока;

2) понимать назначение основных конструкционных элементов машин постоянного тока; принцип действия генератора и двигателя постоянного тока; уравнения электрического состояния генератора и двигателя постоянного тока; назначение пусковых и регулировочных сопротивлений; энергетические диаграммы генератора и двигателя постоянного тока;

3) уметь включать в сеть, регулировать скорость и реверсировать двигатель постоянного тока; отличать по внешнему виду машину постоянного тока от других типов электрических машин; ориентироваться в паспортных данных машин и определять номинальный момент; выбирать двигатель применительно к заданным техническим условиям.

Задача 1. В цепи (рис. 12) э. д. с. источников питания равны Е1 и Е2, а их внутренние сопротивления r01 и г02- Сопротивления в ветвях г1, г2, г3, г4. Определить силы токов во всех ветвях цепи и режимы работы обоих источников питания. Составить баланс мощ­ностей. Решить задачу методом контурных токов.

 

 

Вариант Данные к задаче 1
Е1, В Е2, В r01, Ом г02, Ом г1, Ом г2, Ом г3, Ом г4, Ом
0,1 0,05
0,1 0,05
0,1 0,05 2,5 2,5
0,1 0,05 2,5 2,5
0,1 0,05 2,5
0,15 0,1 2,5
0,15 0,1 2,5 2,5
0,15 0,1 2,5 2,5
0,15 0,1
0,15 0,1

 

Задача 2 В цепь синусоидального переменного тока (рис. 13) включены последовательно две катушки и емкость. Параметры ка­тушек и емкости известны: r1, L1; г2, L2; С. Кроме того, известна возникающая э. д. с. EL1 . Найти напряжение источника, полную, активную и реактивную мощности цепи, сдвиги фаз на участках ас и се. Построить топографическую векторную диаграмму. Включить в схему ваттметр для измерения активной мощности на участке ае.

Указание. Частота переменного тока f= 50 Гц.

 

Вариант Данные к задаче 2
EL1, В r1, Ом r2, Ом L1, Гн L2, Гн С, мкФ
0,032 0,016
0,0127 0,032
0,016 0,0127
0,016 0,032
0,032 0,016
0,0127 0,032
0,016 0,032
0,032 0,0127
0,0127 0,032
0,032 0,032

Задача 3 К трехфазной линии с линейным напряжением UЛ подключен симметричный трехфазный приемник, соединенный по схеме «треугольник» (рис. 14). Активное и реактивное сопротивле­ния фазы приемника соответственно равны гФ, хФ. Определить силу тока в фазах приемника и линейных проводах, а также Потребляе­мую приемником активную мощность в следующих режимах: а) в симметричном трехфазном; б) при обрыве одной фазы приемника; в) при обрыве линейного провода (вследствие сгорания плавкой вставки в предохранителе). Построить для всех трех случаев то­пографические диаграммы напряжений и на них показать векторы токов.

 

 

Вариант Данные к задаче 3
UЛ, В гФ, Ом хФ, Ом
—4
—8
—15
—6


Задача 4 Трехфазный трансформатор характеризуется сле­дующими данными: номинальная мощность SН; высшее линейное напряжение U1Н; низшее линейное напряжение U2Н; к. п. д. ηН при номинальной нагрузке и cosφ2=l; изменение напряжения ∆U % при номинальной нагрузке и cosφ2=l; напряжение короткого замыка­ния ик %; соединение обмоток Y/∆.

Определить: а) фазные напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе; б) коэффициент трансформации; в) но­минальные токи в обмотках трансформатора; г) мощность потерь холостого хода; д) активное и реактивное сопротивления фазы пер­вичной и вторичной обмоток; е) к. п. д. трансформатора при cosφ2=0,8 и значениях нагрузки 0,6 и 0,8. Построить векторную диаграмму для одной фазы нагруженного трансформатора при ак­тивной нагрузке (cosφ2=l).

Указание. Считать, что в опыте короткого замыкания мощность потерь распределяется между обмотками поровну.

 

Вариант Данные к задаче 4
SН, кВ*А U1Н, кВ U2Н, В ηН, % ∆U, % ик, %
98,5 3,5 5,0
95,5 3,4 5,5
3,3 4,5
3,4 5,0
96,5 3,2 4,5
96,2 3,0 5,5
96,5 2,9 5,0
96,6 2,95 4,5
95,2 3,8 5,5
95,4 4,0 5,0

 

Задача 5 Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с линейным напряжени­ем 380 В. Величины, характеризующие номинальный режим элект­родвигателя: мощность на валу Р2Н; частота вращения ротора n2Н; коэффициент мощности cosφ1Н; к. п. д. ηН. Обмотки фаз статора соединены по схеме «звезда». Кратность критического момента от­носительно номинального Км=Мк/Мн.

Определить: а) номинальный ток в фазе обмотки статора; б) число пар полюсов обмотки статора; в) номинальное скольже­ние; г) номинальный момент на валу ротора; д) критический момент; е) критическое скольжение, пользуясь формулой

ж) значения моментов, соответствующие значениям скольжения; sН; sK; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 (по формуле п. е.); з) пусковой момент при снижении напряжения в сети на 10 %. Построить механичес­кую характеристику электродвигателя n=f(M).

 

 

Вариант Данные к задаче 5
Р2Н, кВт n2Н, мин-1 cosφ1Н ηН, % Км
1,1 0,87 79,5 2,2
1,5 0,88 80,5 2,2
2,2 0,89 83,0 2,2
3,0 0,84 83,5 2,2
4,0 0,85 86,0 2,2
5,5 0,86 88,0 2,2
7,5 0,87 88,5 2,2
0,89 88,0 1,8
0,89 88,0 1,8
0,90 90,0 1,8

 

Задача 6 Установленные на предприятии трехфазные асин­хронные двигатели потребляют суммарную активную мощность Р при среднем значении коэффициента мощности cosφ1. Напряжение (линейное) в питающей сети Uл. Мощность потерь в питающих про­водах составляет в этих условиях 0,1 Р. Для снижения потерь в питающих проводах часть асинхронных двигателей заменяется синхронными, работающими в режиме перевозбуждения. В резуль­тате среднее значение коэффициента мощности предприятия повы­шается до cosφ2 (φ2>0). Активная мощность, приходящаяся на до­лю синхронных двигателей, составляет m % от Р, причем величина Р остается в сумме неизменной.

Определить: а) ток в линейных проводах питающей сети до установки синхронных двигателей и после нее; б) реактивную мощ­ность, потребляемую синхронными двигателями; в) ток, потребля­емый синхронными двигателями; г) величину и знак угла сдвига по фазе этого тока относительно напряжения; д) годовую эконо­мию энергий в питающих проводах (при двухсменной работе, уста­новленном числе часов работы в смену и числе рабочих дней в году). Построить векторную диаграмму (для одной фазы).

 

 

Вариант Данные к задаче 6
Р2Н, кВт U, В cosφ1 cosφ2 m, %
0,86 0,95 0,7
0,87 0,96 0,5
0,88 0,96 0,5
0,85 0,95 0,5
0,86 0,95 0,7
0,88 0,96 0,7
0,83 0,95 0,8
0,84 0,95 0,8
0,85 0,95 0,8
0,84 0,95 0,8

 

 

Список литературы

1. Касаткин А.С. Электротехника: учеб. пособие для вузов/А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – М.: Высшая школа, 2005. – 542 с.

2. И.А. Данилов, П.М. Иванов «Общая электротехника с основами электроники».- М. Высшая школа,2008.-663 с.

3. Савилов Г.В. Электротехника и электроника. Курс лекций. - Москва, 2008. – 324 с.

4. Рекус Г.Г. «Основы электротехники и электроники в задачах с решениями».- М. Высшая школа, 2005.- 445 с.