2020-01-15
222ЛИТЕРАТУРА
1. Электротехника и электроника: Уч. Пособие для вузов / Кононенко В.В.,
Мишкович В.И., Муханов В.В., Планидин В.Ф., Чеголин П.М.; под ред. Кононенко В.В. –Ростов на Дону: Феникс, 2004. -752 с.
2. Практикум по электротехнике и электронике: Уч. Пособие для вузов / Кононенко В.В., Мишкович В.И., Муханов В.В., Планидин В.Ф., Чеголин П.М.; под ред. Кононенко В.В. –Ростов на Дону: Феникс, 2007. -384 с.
3. Бондарь И.М. Электротехника и электроника: Учебное пособие. Москва: ИКЦ «МарТ»; Ростов на Дону: Изд. центр «МарТ», 2005. -336 с.
4. Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г. Электротехника. –Ростов на Дону: Феникс, 1999. –486 с.
5. Алиев И.И. Справочник по электротехнике /4-е изд., перераб. и доп./ Серия «Справочники» -Ростов на Дону: Феникс, 2003. –480 с., ил.
6. Электротехнический справочник: В 4 т. Под ред. И.И. Орлова –8-е изд.
-М.: Издательство МЭИ, 1998. –518 с.
7. Алиев И.И., Кондаков В.И., Игнатов В.А. Справочник по практической электротехнике. –М.: МИКХИС, 1997. –186 с.
8. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы: Справочник. –М.: «Солон», «МИКРОТЕХ», 1996. –176 с.
9. Бондарь И.М. Основы электротехники и электроники. Методическое пособие. – Ростов на Дону: РИС ЮРГУЭС, 2005. -44 с.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из видов занятий по курсу является выполнение контрольных расчетно-графических работ. Предлагаемые в пособии задачи по основному материалу курса соответствуют программе государственного образовательного стандарта специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство». При изучении курса студенты приобретают необходимые знания об основных методах расчета и физических процессах, с которыми приходится встречаться в теории электрических цепей, машин и электронике.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
Целью расчетно-графических работ является окончательная проверка усвоения студентами соответствующих разделов курса. Приступать к решению очередной задачи следует после изучения необходимого материала и решения достаточного количества задач из рекомендуемой литературы. При оформлении каждой задачи следует приводить исходную схему с принятыми буквенными обозначениями числами заданных величин. Все рисунки, схемы и графики должны быть выполнены аккуратно в масштабе. Графики желательно чертить на миллиметровой бумаге с помощью чертежных инструментов. На осях координат должны быть указаны откладываемые величины и единицы их измерений. При оформлении работы нужно указать все необходимые расчетные формулы. Конечный результат должен быть выделен из общего текста. Решение задач не следует перегружать приведением всех алгебраических преобразований. Каждый этап решения должен иметь пояснение. Результаты вычислений рекомендуется записывать с точностью до третьей значащей цифры. Вывод формул и уравнений, имеющихся в литературе, приводить в тексте работы не следует. Нa титульном листе расчетно-графической работы должно быть указано наименование института и факультета, фамилия, инициалы и шифр студента. В конце работы необходимо привести список использованной литературы, поставить дату окончания работы и свою подпись.
Каждая задача имеет 50 вариантов. Вариант определяется двумя последними цифрами шифра (номера зачетной книжки). Если две последние цифры шифра более 50, то для определения номера варианта необходимо вычесть 50. Если предпоследняя цифра шифра нуль, то студент выполняет вариант, определяемый последней цифрой своего шифра.
Проверенные преподавателем расчетно-графические работы подлежат защите в установленные деканатом сроки.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОТДЕЛЬНЫМ ТЕМАМ КУРСА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Приступая к изучению данного раздела, необходимо иметь представление о типах генерирующих устройств, их внешних характеристиках и режимах работы, а также об основных видах приемных устройств и их условных обозначениях. Следует знать основные законы и понимать свойства линейных электрических цепей. Необходимо уметь анализировать электрическое состояние цепей с нелинейными резистивными элементами. В результате изучения данного раздела студенты должны:
1. Знать области применения и способы соединения электротехнических устройств постоянного тока, методику составления уравнений электрического состояния линейных цепей, примеры нелинейных элементов, их вольт-амперные характеристики, стандартные графические обозначения наиболее распространенных электротехнических устройств, области применения и основные свойства мостовых и потенциометрических устройств;
2. Понимать эквивалентность схем источника э.д.с. и источника тока, смысл вольт-амперных характеристик приемных и внешних характеристик генерирующих устройств, сущность энергетических процессов, происходящих в электрических схемах, возможность осуществления взаимных преобразований схем соединений пассивных элементов треугольником и звездой, возможность замены нелинейного элемента эквивалентной схемой замещения с линейными элементами, возможность проведения анализа линейных электрических цепей методами контурных токов, суперпозиции, узлового напряжения, эквивалентного генератора и пропорциональных величин;
3. Уметь проводить анализ линейных электрических цепей методами свертывания, непосредственного применения законов Кирхгофа, узлового напряжения, составлять уравнения баланса электрической мощности, определять ток любой ветви сложной электрической цепи методом эквивалентного генератора, применять метод пересечения характеристик для определения тока в нелинейной цепи.
Приступая к расчету электрических цепей, необходимо иметь четкое представление о схемах соединения (последовательное, параллельное, смешанное) как приемников, так и источников электрической энергии. В ряде случаев приходится иметь дело и с более сложными соединениями, к которым относятся многоугольники и звезды. Наиболее часто встречаются соединения треугольником и трехлучевой звездой. При расчете электрических цепей обычно пользуются законами Ома и Кирхгофа. Электрические цепи разделяются на простые и сложные. К простым относятся цепи, состоящие только из последовательных, параллельных и смешанных соединений приемников электрической энергии.
Расчет простых цепей проводится двумя методами: методом свертывания схемы (определение входного или эквивалентного сопротивления) и методом пропорциональных величин. При расчете сложных цепей используются метод непосредственного применения законов Кирхгофа, методы контурных токов (ячеек), суперпозиции (наложения), узлового напряжения (если в схеме имеется два узла) и эквивалентного генератора (для нахождения тока в одной из ветвей схемы).
Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1. Пусть известны величины сопротивлений резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6, э.д.с. Е (аккумуляторная батарея) и ее внутреннее сопротивление R0. Требуется определить токи на всех участках цепи.
Решение. Такие задачи решаются методом свертывания схемы. Так, резисторы R4 и R5 соединены последовательно и их эквивалентное сопротивление R4,5=R4+R5. Резисторы R4,5 и R6 соединены параллельно, следовательно, их эквивалентное сопротивление
R4,5,6 = 
После произведенных преобразований цепь принимает вид, показанный на рис. 2, эквивалентное сопротивление всей цепи найдем из уравнения
Rэкв = 
Рис. 1. Схема для расчета токов. Рис. 2. Эквивалентная схема.
Ток I1 в неразветвленной части схемы определим по закону Ома:
Воспользовавшись схемой рис. 2, найдем токи I2 и I3:
Согласно второму закону Кирхгофа Uab = E – (R0 + R1) I1.
Переходя к рис. 1, определяем токи I4, I5, I6:
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;
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Однофазные цепи
В результате изучения данного раздела студенты должны:
1. Знать содержание терминов: резистор, сопротивление, индуктивность, катушка индуктивности, индуктивное сопротивление, конденсатор, емкость, емкостное сопротивление, фаза, начальная фаза, угол сдвига фазы, период, частота, угловая частота, мгновенное, действующее и среднее значения гармонических величин; полное, активное, реактивное, комплексное сопротивления и проводимости; полная, активная, реактивная комплексная мощности; характеристики и параметры элементов схем замещения цепей однофазного тока; условия достижения резонансов напряжений и токов;
2. Понимать особенности электромагнитных процессов в электрических цепях синусоидального тока, энергетические соотношения в цепях синусоидального тока, экономическое значение коэффициента мощности, особенности простейших электрических цепей с магнитно-связанными элементами; сущность резонансов токов и напряжений;
3. Уметь составлять дифференциальные и комплексные уравнения состояния линейных цепей; представлять гармонически изменяющиеся величины тригонометрическими функциями, графиками, комплексными числами; строить векторные диаграммы неразветвленных цепей и цепей с параллельным соединением ветвей; определять параметры схем замещения пассивных двухполюсников; строить потенциальные (топографические) диаграммы для неразветвленных цепей и цепей с параллельным соединением ветвей.
Трехфазные цепи
При изучении трехфазных цепей особое внимание необходимо обратить на преимущества, которые дает трехфазная система по сравнению с однофазной. Рассматривая схемы соединения обмоток генераторов, надо уяснить связь между фазными и линейными напряжениями в схеме соединения звездой, а также связь
между фазными и линейными токами в схеме соединения треугольником.
Необходимо четко представлять, что в трехфазной цепи могут быть два основных режима: симметричный и несимметричный. Расчет трехфазной цепи в симметричном режиме сводится к расчету для одной фазы и производится аналогично расчету обычной цепи однофазного тока. Трехфазная цепь может рассматриваться как разветвленная цепь с тремя источниками питания и для ее расчета применяются методы, используемые при расчете сложных электрических цепей. Например, если несимметричный приемник соединен звездой без нейтрального провода, то для расчета трехфазной цепи можно применить метод узлового напряжения в комплексной форме.
После изучения настоящего раздела, студенты должны:
1. Знать основные элементы трехфазных цепей, способы соединения фаз обмотки генератора и включения в трехфазную цепь приемников; способы изображения трехфазной симметричной системы э.д.с.;
2. Понимать назначение нейтрального провода, принципы построения потенциальных диаграмм; влияние рода и схемы включения нагрузки на величину тока в нейтральном проводе; схемы электроснабжения предприятий;
3. Уметь анализировать различные режимы симметричных и несимметричных цепей; читать схемы соединения трехфазных и однофазных приемников; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи на ее электрическое состояние.
Рассмотрим пример расчета трехфазной цепи, изображенной на рис. 3. Приемники электрической энергии (светильники, двигатели подъемников, бетономешалок и т. д.) строительной площадки включены в четырехпроводную трехфазную сеть с линейным напряжением Uл = 380 В. Активные и индуктивные сопротивления фаз соответственно равны: RA = 3 Oм; ХА = 4 Ом; RB = 5 Ом; ХВ = 4 Ом; RС = 4 Ом; ХС = 3 Ом. Требуется определить токи в линейных и нейтральном проводах, активную мощность, потребляемую приемниками, построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости.
Рис. 3. Схема трехфазной цепи
Решение. Принимаем, что вектор фазного напряжения 
направлен по действительной оси, тогда 
В, 
В, 
В.
Находим линейные токи:
А
А
А
Ток в нейтральном проводе определяется как геометрическая сумма линейных токов:
При несимметричной нагрузке активная мощность трехфазной цепи определяется как сумма мощностей отдельных фаз:
Вт
Вт
Вт
Вт
На рис. 4 приведена векторная диаграмма токов и напряжений, построенная в масштабе по расчетным данным. Векторы фазных напряжений 
располагаются под углом 1200 . Векторы фазных токов расположены относительно векторов фазных напряжений под соответствующими углами - 
Геометрическое сложение фазных токов производим, используя формулу 
и по правилу многоугольника, получаем вектор тока 
в нейтральном (нулевом) проводе.
Рис. 4. Векторная диаграмма токов и напряжений трехфазной цепи
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ТРАНСФОРМАТОРЫ
Данную тему целесообразно начинать с изучения электрической цепи однофазного тока, содержащей катушку со стальным сердечником, а затем переходить непосредственно к изучению трансформатора.
Трансформаторы
Рассматривая физические процессы, возникающие в трансформаторе, необходимо обратить особое внимание на то положение, что при изменении нагрузки трансформатора в широком диапазоне (от холостого хода до номинального режима) магнитный поток может считаться практически постоянным и равным магнитному потоку в режиме холостого хода. Это в свою очередь определяет постоянство потерь в стали, которые легко определяются из режима холостого хода.
При рассмотрении режима опытного короткого замыкания получается, что магнитный поток в сердечнике трансформатора настолько мал, что им можно пренебречь, следовательно, в этом режиме потери в стали трансформатора практически равны нулю, а потери в меди (в обмотках трансформатора) равны потерям при номинальной нагрузке трансформатора. Величины токов, напряжений и мощностей, полученные из режимов холостого хода и опытного короткого замыкания, позволяют определить основные параметры трансформатора.
В паспорте трехфазных силовых трансформаторов указывается номинальная мощность, напряжения, токи, к. п. д., коэффициент мощности, группа соединения обмоток. Под номинальными напряжениями понимают линейные напряжения на зажимах трансформатора в режиме холостого хода, а под номинальными токами – линейные токи независимо от схемы соединения обмоток.
После изучения настоящего раздела студенты должны:
1. Знать основные элементы конструкции трансформатора; выражение для коэффициента трансформации; уравнения электрического и магнитного состояния обмоток;
2. Понимать назначение опытов холостого хода и короткого замыкания; сущность "приведения" параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной; различие опыта короткого замыкания и режима короткого замыкания трансформатора; причины изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора; принципы построения векторных диаграмм для различных нагрузок;
3. Уметь анализировать различные режимы работы трансформатора; читать паспорт трансформатора; включать приемники и электроизмерительные приборы для определения напряжений, токов и мощностей; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи нагрузки на электрическое состояние трансформатора.
Теория трансформатора полностью распространяется на автотрансформаторы и измерительные трансформаторы, поэтому при их изучении следует обратить внимание на область их применения и особенности работы.
Рассмотрим типовой расчет основных характеристик трехфазных силовых трансформаторов, которые устанавливаются на трансформаторных подстанциях для электроснабжения промышленных объектов, жилых домов и т. д.
Трехфазный трансформатор имеет следующие паспортные данные: номинальная мощность Sн = 100 кВ·А; соединение обмоток Υ/Y0-0; номинальное напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора
U1н = 6000 В; напряжение холостого хода на зажимах
вторичной обмотки трансформатора U20 = 400 В; напряжение
короткого замыкания uk = 5,5%; мощность короткого замыкания Рк = 2400 Вт; мощность холостого хода Р0 = 600 Вт; ток холостого хода I10 = 0,07 I1н.
Требуется определить: сопротивления обмоток трансформатора R1, X1, R2, X2; параметры схемы замещения z0, r0, x0; угол магнитных потерь δ. Построить внешнюю характеристику U2 = f(β) и зависимость η = f(β) при cos φ2 = 0,75. Построить векторную диаграмму при нагрузке 
и 
. Составить Т-образную схему замещения трансформатора.
Решение. Определяем номинальный ток первичной обмотки:
А
Определяем ток холостого хода I10 и cos φ0 :
Определяем угол магнитных потерь:
Определяем сопротивления обмоток при коротком замыкании:
Ом
Ом
Ом
Сопротивления первичной обмотки:
Ом
Ом
Коэффициент трансформации трансформатора:
Сопротивления вторичной обмотки:
Ом
Ом
Определяем параметры схемы замещения:
Ом
Ом
Ом
Для построения внешней характеристики U2 = f(β) определяем потерю напряжения во вторичной обмотке трансформатора:
где 
и 
соответственно активная и реактивная составляющие напряжения 
:
Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора определяем по формуле
и задаваясь значениями β,результаты расчетов сводим в таблицу:
| №, п/п | β | ΔU2, % | U2, B | η |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 | 0 0.507 1.014 1.521 2.028 2.535 3.042 3.549 4.056 4.563 5.070 | 400,00 397.97 395.94 393.92 391.89 389.86 387.83 385.80 383.78 381.75 379.72 | 0 0.924 0.956 0.965 0.967 0.969 0.967 0.966 0.964 0.963 0.962 |
Для построения зависимости η = f(β) расчет коэффициента полезного действия производится по формуле
Максимальный к. п. д. получается при нагрузке
Рис. 5. График изменения вторичного напряжения и к.п.д. трансформатора
от нагрузки
Построение векторной диаграммы (рис. 6) начинаем с вектора фазного напряжения 
, величина которого для и 
равна 
В. Приведенное значение вторичного напряжения 
В.
Вектор тока 
отстает по фазе от вектора на заданный угол 
и равен:
А, где 
А.
Рис. 6. Векторная диаграмма трансформатора
Падения напряжения во вторичной обмотке:
В;
В.
Электродвижущую силу 
находим из уравнения электрического состояния, составленному по второму закону Кирхгофа, для вторичной цепи:
Вектор потока 
отстает от вектора 
на 
, а ток холостого хода 
опережает поток на угол потерь 
. Ток в первичной обмотке трансформатора 
получаем из уравнения: 
, где 
. Вектор 
совпадает по фазе с вектором 
. Напряжение первичной обмотки трансформатора 
определяем из уравнения электрического состояния первичной цепи:
.
Вектор 
параллелен вектору 
. Током холостого хода 
можно пренебречь и принять 
или определить по диаграмме. Тогда падения напряжений в первичной обмотке:
В;
В.
Т-образная схема замещения трансформатора изображена на рис. 7.
Рис. 7. Т-образная схема замещения трансформатора
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Машины постоянного тока
Изучение электрических машин постоянного тока нужно начинать с их принципа работы и устройства. Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т. е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, изучение таких вопросов, как реакция якоря, электромагнитный момент, возбуждение и ряд других, необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов. Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах машины 
ее э. д. с. 
и падением напряжения 
в обмотке якоря для генераторного и двигательного режимов:
Изучая работу машин постоянного тока в режиме двигателя, необходимо обратить особое внимание на пуск, регулирование частоты вращения вала и вращающий момент двигателя, а в режиме генератора – на способ возбуждения. Характеристики двигателей и генераторов дают наглядное представление об эксплуатационных свойствах машин.
После изучения данного раздела студенты должны:
1. Знать конструктивные основные элементы машин постоянного тока: статор, обмотка статора, якорь, обмотка якоря; термины: щеточно-коллекторный узел, геометрическая и физическая нейтрали, реакция 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 вала двигателей постоянного тока;
2. Понимать назначение конструктивных основных элементов машин постоянного тока; принцип действия генератора и двигателя постоянного тока; уравнения электрического состояния генератора и двигателя постоянного тока; назначение пусковых и регулировочных реостатов; энергетические диаграммы генератора и двигателя постоянного тока;
3. Уметь включать в сеть, регулировать частоту вращения и реверсировать двигатель постоянного тока; отличать по внешнему виду машину постоянного тока от других электрических машин; ориентироваться в паспортных данных машины, выбирать двигатель применительно к заданным техническим условиям.
Рассмотрим пример расчета машины постоянного тока.
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения (рис.8) используется для привода центробежного насоса. Мощность на валу двигателя Р2н = 10 кВт при напряжении Uн = 220 В, частота вращения вала nн = 2250 мин-1 . Потери мощности в цепи возбуждения ΔРв = 5% Р1н , в цепи якоря - ΔРя = 4,6% Р1н, коэффициент полезного действия двигателя η = 86%.
Требуется определить: величину сопротивления пускового реостата Rпуск для пуска двигателя с отношением 
; величину номинального вращающего момента Мн ; величину пускового вращающего момента Мп, полагая, что магнитный поток Ф = const.
Решение. Определяем мощность, потребляемую двигателем из сети:
кВт
Номинальный ток двигателя
А
Ток возбуждения
А
Рис. 8. Схема включения в сеть двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения
Номинальный ток якоря
А
Сопротивление обмотки якоря
Ом
Сопротивление пускового реостата
Ом
Номинальный вращающий момент
Н·м
Определяем пусковой вращающий момент. Из теории известно, что вращающий момент пропорционален магнитному потоку и току якоря
Так как по условию задачи магнитный поток Ф не изменяется, то пусковой момент пропорционален току якоря. Пусковой ток, согласно условию, в два раза больше номинального, следовательно, и пусковой момент будет в два раза превышать номинальный:
Н·м
Асинхронные машины
Изучение асинхронных машин начинают с их устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и эквивалентная схема асинхронного двигателя облегчает изучение его работы и используется при выводе основных уравнений. Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно демонстрируются при помощи механических и рабочих характеристик.
После изучения настоящего раздела студенты должны:
1. Знать содержание терминов: скольжение, синхронная скорость, вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, контактные кольца, поток полюса, глубокопазный ротор, двойная "беличья клетка"; способы изменения направления вращения магнитного поля; устройство и области применения двух типов трехфазных асинхронных двигателей, их условные обозначения на схемах; вид механических характеристик; способы регулирования частоты вращения вала;
2. Понимать принцип возбуждения многополюсного вращающегося магнитного поля; принцип действия трехфазной асинхронной машины в режимах
двигателя, генератора и электромагнитного тормоза; факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя; возможность замены трехфазного асинхронного двигателя с вращающимся ротором эквивалентным асинхронным двигателем с неподвижным ротором; аналогию физических явлений в трехфазном асинхронном двигателе с неподвижным ротором и в трансформаторе с резистивной нагрузкой; энергетические преобразования в трехфазном асинхронном двигателе;
3. Уметь осуществлять пуск асинхронного двигателя; измерять скольжение с помощью стробоскопического устройства, частоту вращения вала; оценивать величины номинального, пускового и максимального моментов, пускового тока и номинального скольжения по данным каталога.
Рассмотрим примеры решения задач по асинхронным двигателям.
Задача 1. Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, используемого в вентиляторной установке, 
кВт, номинальное напряжение 
В, номинальная частота вращения ротора 
мин-1, номинальный к. п. д. 
и номинальный коэффициент мощности 
. Кратность пускового тока 
, а перегрузочная способность двигателя 
. Требуется определить: потребляемую из сети мощность 
; номинальный 
и максимальный (критический) 
вращающие моменты; пусковой ток 
; номинальное 
и критическое 
скольжения. Построить механические характеристики 
и 
.
Решение. Потребляемая из сети мощность
кВт.
Номинальный и максимальный моменты
Нּм;
Нּм.
Номинальный и пусковой токи:
А;
А.
Номинальное и критическое скольжения:
;
.
Механическая характеристика 
строится по уравнению
.
Задаваясь значениями скольжения 
от 0 до 1, рассчитываем вращающий момент. Для построения характеристики 
используем уравнение 
. Результаты расчетов приведены в таблице
| № п/п | s | n, мин-1 | M, Нּм | № п/п | s | n, мин-1 | М, Нּм |
| 1 2 3 4 5 6 | 0,053 0,4 0,175 0,2 0,3 0,4 | 1420 1350 1238 1200 1050 900 | 67,3 104,3 121,0 120,5 105,3 88,8 | 7 8 9 10 11 12 | 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 | 750 600 450 300 150 0 | 75,5 65,2 57,0 50,5 45,5 41,2 |
Рис. 9. Зависимость момента на Рис. 10. Зависимость частоты
валу двигателя от скольжения вращения вала от момента на
валу
Задача 2. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, сопротивления фаз обмоток которого 
Ом, 
Ом, 
Ом, 
Ом, соединен треугольником и работает при напряжении 
В с частотой 
Гц. Число витков на фазу обмоток 
, 
. Обмоточные коэффициенты 
, 
. Число пар полюсов 
. Определить: пусковые токи статора и ротора; пусковой вращающий момент; коэффициент мощности (
) при пуске двигателя с замкнутым накоротко
ротором; токи ротора, статора и вращающий момент при работе двигателя со скольжением 
; критическое скольжение и критический (максимальный) момент; 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 определяем коэффициент трансформации:
,
где 
- число фаз обмотки статора;
- число фаз обмотки ротора.
Приведенные значения сопротивлений роторной обмотки:
Ом;
Ом.
Сопротивления короткого замыкания:
Ом;
Ом;
Ом.
Пусковые токи, пусковой момент и 
при пуске двигателя с замкнутым накоротко ротором:
А;
А;
Нּм,
где 
- угловая частота вращения магнитного поля:
; 
.
Определяем коэффициент мощности:
.
Токи и вращающий момент при работе двигателя со скольжением 
Ом;
А;
А;
Нּм.
Критическое скольжение и критический (максимальный) момент:
;
Нּм.
Определяем сопротивление пускового реостата. Известно, что пусковой вращающий момент достигает максимального значения при условии, что 
, где 
- приведенное значение сопротивления пускового реостата:
Ом;
Ом.
Пусковые токи при пуске двигателя с реостатом:
Ом;
А;
А.
Задача 3. Из каталога на асинхронные двигатели с фазным ротором известны номинальные величины: 
кВт, 
В, частота вращения ротора 
мин-1, 
%, 
, схема соединения обмоток Y/Y. Перегрузочная способность двигателя 
, активное сопротивление фазы статора 
Ом. Определить: номинальный ток статора; номинальный и максимальный моменты; сопротивления 
и 
в ветви приведенного тока 
в Г-образной схеме замещения (рис. 11); приведенный ток ротора ; ток в статоре в режиме холостого хода 
и коэффициент мощности 
; сопротивления 
и 
в Г-образной схеме замещения.
Рис. 11. Г-образная схема замещения трехфазного асинхронного двигателя
Решение. Находим номинальный ток статора:
А.
Для определения реактивного сопротивления воспользуемся формулой максимального электромагнитного момента:
,
из которой следует, что 
, где 
- расчетное сопротивление:
.
Приведенное активное сопротивление ротора 
найдем из формулы, выражающей зависимость номинального электромагнитного момента 
от номинального скольжения 
:
,
из которой следует, что
,
где 
- расчетное сопротивление:
.
По каталогу номинальный момент
Нּм.
Максимальный момент
Нּм.
Расчетные сопротивления:
Ом;
Ом,
где 
кгּм; 
кгּм.
Реактивное сопротивление
Ом.
Приведенное активное сопротивление ротора
Ом.
Определяем приведенный ток 
при номинальном режиме работы двигателя:
А.
Для Г-образной схемы замещения (рис. 11) составим два уравнения баланса активных и реактивных мощностей при номинальном режиме работы двигателя:
;
.
Активная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:
Вт
Реактивная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:
вар.
Полная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:
ВּА.
Ток холостого хода
А.
Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя
Сопротивления при холостом ходе:
Ом;
Ом.
ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.
АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Основными вопросами, которые нужно изучить в данной теме, являются: сравнительная оценка свойств и область применения электрических двигателей как постоянного, так и переменного токов, выбор мощности двигателя для различных режимов работы; аппаратура управления электродвигателями; схемы электроснабжения предприятия; внутризаводские силовые и осветительные сети, их устройства и расчет.
После изучения настоящего раздела студенты должны:
1. Знать области применения электропривода и его преимущества перед другими типами приводов; основные электротехнические и механические устройства, входящие в состав электропривода; режимы работы электропривода; типы электропривода; механические характеристики основных производственных механизмов; основные аппараты ручного и автоматического управления электроприводом; условные графические обозначения двигателей и элементов устройств управления; основные аппараты защиты электротехнических устройств;
2. Понимать нагрузочные диаграммы и их построение; влияние температуры окружающей среды на нагрузочную способность двигателя; сущность методов эквивалентного тока, момента и мощности для расчета мощности приводного электродвигателя; назначение и принцип действия аппаратов управления; работу типовых схем и управления электроприводом; назначение и принцип действия аппаратуры защиты;
3. Уметь определять по механическим характеристикам двигателя и рабочего механизма частоту вращения и момент в установившемся режиме; рассчитывать мощность двигателя по нагрузочной диаграмме рабочего механизма; выбирать по каталогу двигатель нужного исполнения, соответствующего условиям окружающей среды и режиму работы производственного механизма.
Рассмотрим примеры выбора электродвигателей для производственных механизмов.
Задача 1. Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, режим работы которого задан нагрузочной диаграммой на рис. 12. По технологическим условиям следует использовать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Частота вращения вала двигателя 980 мин-1 . Помещение, где будет установлен двигатель – сухое, без пыли и грязи.
Рис. 12. Нагрузочная диаграмма двигателя
Решение. В данном случае режим работы представляет собой длительную переменную нагрузку. Мощность двигателя подбирается при подобных режимах работы по эквивалентной мощности:
кВт,
где 
с – время цикла работы.
По данным каталога в качестве приводного двигателя может быть использован трехфазный асинхронный двигатель в защищенном исполнении типа А4-61-6: 380/220 В; Р н = 10 кВт; n н = 965 мин-1; η н = 0,87; М п / М н = 1,2; М м / М н =1,8.
В ряде случаев момент нагрузки на отдельных участках может оказаться больше максимально допустимого момента и асинхронный двигатель может остановиться. Поэтому после выбора двигателя его необходимо проверить по перегрузочной способности, исходя из условия 0,9 М м ≥ М ст.м, где М м - максимальный момент; М ст.м – максимальный статический момент.
В данном примере:
номинальный момент двигателя
Нּм;
максимальный момент
Нּм;
максимальный статический момент
М ст.м = 
Нּм.
По перегрузочной способности двигатель подходит, так как выполняется условие 0,9ּ М м = 0,9ּ178 = 160 > М ст.м = 119.
В том случае, когда нагрузочные диаграммы заданы моментом М = f(t) или током I = f(t), мощность двигателей выбирают либо по эквивалентному моменту 
, либо по эквивалентному току 
.
Задача 2. Определить мощность двигателя для привода механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме, который задан нагрузочной диаграммой, изображенной на рис. 13. Частота вращения вала n = 720 мин-1.
Рис. 13. Нагрузочная диаграмма двигателя
Решение. Определяем эквивалентный момент за рабочее время:
Нּм.
Определяем мощность, соответствующую эквивалентному моменту за рабочее время:
кВт.
Определяем относительную продолжительность включения:
.
В каталогах для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность указывается для следующих стандартных значений относительной продолжительности включения ПВ: 0,15; 0,25; 0,4 и 0,6. В том случае, когда расчетная ПВ отличается от стандартного значения, рассчитанная по нагрузочной диаграмме мощность пересчитывается по формуле
.
Для 
получим
кВт.
По данным каталога по аналогии с задачей 1 выбираем двигатель для расчетной мощности 4,5 кВт и 
.
ЗАДАЧИ ДЛЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ 1
ЗАДАЧА 1
Для электрической цепи, изображенной на рис. 1, по заданным в таблице 1 величинам резисторов и э. д. с., определить эквивалентное (входное) сопротивление цепи относительно зажимов источника питания, токи и падения напряжений во всех ветвях цепи. Составить баланс мощностей.
Рис. 1. Электрическая схема к задаче 1
ЗАДАЧА 2
Для электрической схемы, изображенной на рис. 2.1- 2.17, по заданным в таблице 2 параметрам и линейному напряжению определить фазные и линейные токи, ток в нейтральном проводе (для четырехпроводной схемы), активную мощность всей цепи и каждой фазы отдельно. Построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости.
ЗАДАЧА 3
| Вариант
| Данные для расчета | |||||||
| Группа соединений обмоток
| Номинальн мощность Sном, кВА
| Номинальное напряжение | Напряжение к.замыкания Uк,%
| Мощность к.замыкания Рк, Вт
| Мощность холостого хода Ро, Вт | Ток холостого хода I0,% | ||
| 
| |||||||
| 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | Y/Y0 – 0
Y/  - 11
Y/Y0 – 0
Y/Y0 – 0
Y/Y0 – 0
Y/Y0 – 0
Y/ Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
 Сейчас читают про:
  6187 5989 | |||||||
