(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для... данной работы с корректными величинами ...

2
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Вариант 1
Задание 1. Назначение и область применения трансформаторов. Принцип
действия.
Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две
или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования
посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в
другую (вторичную) систему переменного тока.
В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться любыми
параметрами: величиной напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения
(тока), частотой.
Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических
системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы,
посредством которых изменяют величину переменного напряжения и тока. При этом
число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными.
Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника,
выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая
сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 1).
Рис. 1. Конструктивная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного двухобмоточного
трансформатора.
3
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Одна из обмоток присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U1, эту
обмотку называют первичной. К другой обмотке подключен потребитель ZH, ее называют
вторичной.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При
подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки
протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный
поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками
(первичной и вторичной) и индук-тирует в них ЭДС:
(1)
(1)
где w1 и w1—число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
При подключении нагрузки ZН к выводам вторичной обмотки трансформатора под
действием ЭДС е1 в цепи этой обмотки создается ток i1 , а на выводах вторичной обмотки
устанавливается напряжение U1. В повышающих трансформаторах U1 > U1, а в
понижающих U1 < U1.
Из (1) и (1) следует, что ЭДС e1 и e1 отличаются друг от друга числом витков обмоток, в
которых они наводятся. Поэтому, применяя обмотки с тре-уемым соотношением витков,
можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений.
Трансформаторы обладают
4
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Задание1. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения.
Рассматривается двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.
В двигателе обмотка возбуждения подключена к сети параллельно с обмоткой якоря (до
пускового реостата Rп ) Для регулирования частоты вращения двигателя в цепь обмотки
возбуждения включен регулировочный реостат Rрег Пуск двигателя осуществляется при
введенном пусковом и выведенном регулировочном реостатах.
Рабочие характеристики представляют собой зависимости потребляемой мощности Р1
потребляемого тока I, скорости n, момента М и к. п. д. η] от полезной мощности Р1, при
постоянном напряжении питания двигателя U = const и неизменных положениях
регулирующих реостатов. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения
малой мощности при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря представлены
на рис.1.
Рис.1. Рабочие
UН = 111 в,
характеристики двигателя параллельного возбуждения РН = 11 квт,
nН = 951 об/мин
Одновременно с увеличением мощности на валу Р1 растет и момент на валу М. Поскольку
с увеличением Р1 и М скорость n несколько уменьшается, то М = Р1/п растет несколько
быстрее Р1. Увеличение Р1 и М, естественно, сопровождается увеличением тока двигателя
I. Пропорционально I растет также
5
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
начинает уменьшаться.
Задание 3. Генератор постоянного тока независимого возбуждения.
Работа генераторов характеризуется четырьмя основными величинами:

током возбуждения iв;

напряжением на зажимах генератора U;

током якоря Iя;

частотой вращения n. Обычно n неизменна, так как она задается первичным
двигателем: турбиной, дизелем и т.п.
ЭДС, вырабатываемая генератором,
E = Сe·n·Ф,
где Сe – конструктивная постоянная машины; n – частота вращения якоря, об / мин; Ф –
магнитный поток.
Уравнение электрического равновесия генератора:
E=U+IяRя,
где I я – ток якоря; Rя – сопротивление якорной обмотки.
1. Характеристика холостого хода E = f(iв), Ia= 1, n = const.
E = f(Ф), а Ф = f(iв), следовательно, при n = const имеем E
f(iв).
6
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Рис.3. Схема генератора с независимым возбуждением
При токе возбуждения iв = 1 в сердечнике полюсов имеется наличие остаточного
магнитного потока Фост, и поэтому в обмотке якоря наводится Еост (рис.4).
Полученную зависимость также называют характеристикой магнитной цепи машины Ф =
f(iв).
Рис. 4. Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением
1. Внешняя характеристика представляет зависимость U = f(Ia) при n = const, iв = const.
7
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
С увеличением Ia напряжение падает. Объясняется это следующим:
– согласно основному уравнению
или
– с увеличением Ia увеличивается IaRa, но уменьшается U (рис. 7.8, кривая 1);
– реакция якоря влияет на магнитный поток Ф, а
,
(рис.5, кривая 1).
Рис. 5. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением
3. Регулировочная характеристика.
Для поддержания U = const с изменением Ia необходимо регулировать ток возбуждения.
Зависимость iв от Ia при сохранении напряжения неизменным называется регулировочной
характеристикой; iв = f(Ia) при U = const, n = const (рис. 6).
8
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Рис. 6. Регулировочная характеристика генератора с независимым возбуждением
Необходимость отдельного источника питания обмотки возбуждения в ряде случаев
является недостатком таких генераторов.
4. Нагрузочная характеристика U = f(Iв) при Ia
1 = const.
Эта характеристика имеет вид аналогичной характеристики холостого хода E = f(iв), но
проходит ниже (рис. 7).
Рис. 7. Нагрузочная характеристика генератора с независимым возбуждением
5. Характеристика короткого замыкания Ia = f(iв) снимается по схеме (рис.8) при
замкнутой через амперметр обмотке якоря.
9
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Рис. 8. Схема снятия характеристики короткого замыкания
Ток Iв должен быть очень мал и не превышать тока номинального
10
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Задание 4. Уравнение напряжений трансформаторов.
Рабочий процесс трансформатора можно исследовать на основе уравнений напряжения
его обмоток.
Емкостные токи между элементами обмоток (витки и катушки) и между обмотками и
сердечником трансформатора в обычных условиях работы трансформаторов (f < 1111 …
5111 Гц) весьма малы, и ими можно пренебречь. В трансформаторах без ферромагнитного
сердечника Ln, L11 и М постоянны. В соответствии с изложенным в § 14-1 можно принять,
что эти величины постоянны также для любого рассматриваемого режима работы
трансформатора со стальным сердечником. Пренебрежем сначала магнитными потерями в
сердечнике. Тогда для однофазного двухобмоточного трансформатора (рис. 9)
действительны следующие уравнения напряжения в дифференциальной форме:
Здесь иъ и.1, ilt i1 — мгновенные значения напряжения и тока первичной и вторичной
обмоток; гх, г.г, Lu, L11 — активные сопротивления и собственные индуктивности обмоток;
М — взаимная индуктивность обмоток.
Рис. 9. Схема однофазного двухобмоточного трансформатора
Обычно силовые трансформаторы, а также ряд видов специальных трансформаторов
работают с синусоидально изменяющимися токами и напряжениями. В этом случае
вместо дифференциальных уравнений удобнее пользоваться комплексными уравнениями:
11
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
12
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Задача 1
Для двигателя постоянного тока с Uном = 111 В, IЯ = 35 А, RЯ = 1,68 Ом, Ф = 1,1161 Вб,
N = 511, 1p = 4, 1a = 1, определить:
ЭДС якоря, частоту вращения; электромагнитный момент.
Решение
1. Напряжение на якоре
Задача 1
Трехфазный трансформатор имеет параметры:
 номинальная полная мощность SН = 1611 кВА;
 номинальное напряжение на первичной обмотке U1Н = 35 кВ;
 номинальное напряжение на вторичной обмотке U1Н = 1,4 кВ;
 мощность холостого хода P1 = 3,65 кВт;
 мощность потерь PК = 18,1 кВт;
 мощность нагрузки P1 = 1111 кВт;
 коэффициент мощности во вторичной цепи 1,9;
 номинальное напряжение короткого замыкания UК = 6,5%;
 число витков первичной обмотки w1 = 1311;
 индукция в сердечнике B = 1,1 Тл.
Определить:
 номинальные токи I1Н и I1Н;
13
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы,
обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
 коэффициент загрузки;
 токи в обмотках I1 и I1 при заданной нагрузке;
 напряжение короткого замыкания в вольтах;
 КПД при заданной нагрузке;
 магнитный поток в сердечнике Ф;
 сечение сердечника трансформатора;
 число витков вторичной обмотки w1.
Решение
1. По номинальной полной мощности определяем номинальный ток первичной обмотки
I1Н: