1 Metodicheskoe posobie po vypolneniyu kontrolnoy raboty Elektricheskie mashiny 2 chast

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Саратовский государственный технический университет имени
Гагарина Ю.А.»
Задания и методические указания и по выполнению
контрольной работы
по дисциплине
«Электрические машины»
Для специальности: «13.03.02 Электроэнергетика электротехника» направления
подготовки Профиль «Электроснабжение»
Форма обучения:
заочная
г. Саратов
2019г.
Разработал:
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Электроэнергетика и
электротехника» Менщиков Игорь Александрович.
1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
В соответствии с учебным планом по дисциплине «Электрические машины»
предусмотрено выполнение контрольной работы.
Контрольная работа содержит шесть заданий. Каждое задание составлено в
десяти вариантах. Вариант, подлежащий выполнению, определяется последней
цифрой учебного шифра студента.
При выполнении контрольной работы следует руководствоваться
методическими указаниями по изучению тем предмета.
Контрольную работу надо выполнить в тетради, четким почерком, без
помарок.
При оформлении контрольной работы необходимо выполнить следующие
требования:
 содержание вопросов или задачи писать обязательно перед каждым
ответом; каждое задание следует начинать с новой страницы;
 ответы давать кратко и конкретно по существу поставленного вопроса;
переписывание из учебника не допускается;
 графическую часть задания выполнять в соответствии с требованиями
Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
 если в ответе дается ссылка на какой-нибудь элемент схемы, эту схему
необходимо вычертить полностью;
 все формулы и расчетные величины, используемые в работе, сопровождать
краткими пояснениями;
 на каждой странице должны быть оставлены поля шириной 20-30 мм., а в
конце работы- место для рецензии преподавателя;
 в конце выполненного задания следует указать использованную
литературу.
Контрольная работа может быть выполнена на ПК, учитывая требования
оформления работы.
Выполненные контрольные работы направляются для проверки в техникум в
установленный учебным планом срок. После рецензирования контрольные работы
остаются у преподавателя или
возвращаются студенту для внесения
соответствующих исправления и дополнений.
Работа, выполненная не по своему варианту или выполненная не полностью,
не рецензируется и возвращается без проверки.
2 ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Задание 1
Двигатель постоянного тока параллельного тока параллельного возбуждения
имеет номинальные данные: мощность PH, напряжение UH, частоту вращения nH,
коэффициент полезного действия, сопротивление обмотки RH, и обмотки
возбуждения RB, при температуре 20оС.
Исходные данные определите по таблице 1.
Определить: ток двигателя, ток якоря, ток возбуждения, вращающий момент на валу
при номинальной нагрузке, пусковой ток при отсутствии пускового реостата в цепи
якоря, сопротивление пускового реостата для ограничения пускового тока до
двойного номинального, частоту вращения ротора в режиме холостого хода n0,
построить механическую характеристику двигателя, начертить электрическую схему
двигателя.
Методические указания
1.
Сопротивления обмоток привести к рабочей температуре двигателя по
формуле:
R2=R1[ 1+ τ( t2 – t1 ) ];
где R1 – сопротивление при температуре t1 = 20 C (Ом); R2 - сопротивление при
температуре t2 (Ом)
τ - температурный коэффициент сопротивления; для технической меди τ = 0,004
t2 – рабочая температура ( для изоляции класса B – 75 C )
2.
Переходным сопротивлением в контакте щеток пренебречь.
3.
При построении механической характеристики влиянием реакции якоря
пренебречь и принять Ψ – Const.
При определении частоты вращения в режиме холостого хода величину n0
определить из номинального режима по формуле:
n0 
nH  U H
U H  I ян  Rя
где: nH – номинальная частота вращения, об/мин.
UH – номинальная напряжения, B.
Iян – номинальный ток якоря.
RЯ – сопротивление якоря при рабочей температуре, Ом.
У двигателя параллельного возбуждения обмотка возбуждения соединяется
параллельно с обмоткой якоря, поэтому ток нагрузки двигателя Iн=IЯ+IB,
где: IB – ток обмотки возбуждения, А. IЯ – ток якоря, А.
IB 
UH
RB
Величина момента может быть определена по формуле:
P
M H  9,55  H н. м.
nH
где: PH – полезная мощность двигателя ( мощность на валу ), Вт
nH – частота вращения при номинальной нагрузке, об/мин.
Мощность, потребляемая двигателем из сети PH больше полезной мощности на валу
на величину потерь в двигателе и может быть определена по формуле:
PH
 100
n
где: n – коэффициент полезного действия в %.
Ток, потребляемый двигателем из сети можно определить по формуле:
P
P
I H  IH  H
UH
nU H
В момент пуска двигателя против ЭДС равна нулю, пусковой ток может достичь
очень больших значений и определяется по формуле:
U
In  H
RЯ
Для ограничения пускового тока в цепь якоря последовательно включают
дополнительное сопротивление - пусковой реостат, тогда пусковой ток определяется
PIh 
по формуле:
In 
UH
R Я  R ПР
где: RПР – сопротивление пускового реостата, Ом.
Вариант Тип
PH ,квт UH ,B
двигателя
1
П-61
6
110
2
П-71
19
110
3
П-81
32
220
4
П-82
25
220
5
П-72
14
110
6
П-61
11
110
7
П-62
8
110
8
П-82
42
220
9
П-91
32
110
10
П-91
55
220
nH
Класс
КПД,% RЯ,Ом
об/мин изоляции
1000
B
82,5
0,28
1500
F
82,5
0,28
1500
F
87,5
0,05
1000
F
85,5
0,01
1000
F
79,5
0,092
1500
B
84,5
0,16
1000
B
85
0,32
1500
F
87,5
0,03
1000
F
84
0,04
1500
F
87
0,02
Таблица 1
RB,Ом
161
91
72
75
106
110
150
70
83
42
Задание 2
Дайте ответы на следующие вопросы, приведя необходимые формулы,
графики, схемы. Номера вопросов определите по таблице 2.
Вопросы:
1.
Опишите принцип действия и устройство асинхронного двигателя.
2.
Опишите режимы работы асинхронной машины.
3.
Какие виды потерь имеются в асинхронном двигателе?
4.
Объясните, как влияют на вид механической характеристики
асинхронного двигателя изменение напряжения сети и активного сопротивления
обмотки ротора.
5.
Опишите пуск асинхронного двигателя с фазным ротором, его
достоинство и недостатки.
6.
Опишите способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым
ротором.
7.
Опишите способы улучшения пусковых свойств асинхронных
двигателей с короткозамкнутым ротором.
8.
Опишите как производиться регулировка частоты вращения ротора
асинхронного двигателя изменением скольжения.
9.
Опишите как производиться регулировка частоты вращения ротора
асинхронного двигателя изменением подводимого напряжения.
10. Опишите как производиться регулировка частоты вращения ротора
асинхронного двигателя изменением активного сопротивления в цепи ротора.
11. Опишите как производиться регулировка частоты вращения ротора
асинхронного двигателя изменением частоты тока в статоре.
12. Опишите как производиться регулировка частоты вращения ротора
асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов обмотки статора.
13. Опишите принцип действия и пуск однофазного асинхронного
двигателя.
14. опишите принцип действия и пуск асинхронного конденсаторного
двигателя.
15. Как можно использовать трехфазный асинхронный двигатель для
питания от однофазной сети?
16. Опишите принцип работы индукционного регулятора.
17. Опишите принцип работы асинхронного преобразователя частоты.
18. Опишите принцип работы синхронного гистерезисного двигателя.
19. Опишите принцип работы линейного асинхронного двигателя.
20. Опишите и объясните рабочие характеристики асинхронного двигателя.
21. Опишите принцип работы и устройство синхронного генератора.
22. Опишите способы возбуждения синхронных генераторов.
23. Что такое реакция якоря синхронного генератора и как она зависит от
характера нагрузки?
24. Как влияет характер нагрузки на внешнюю характеристику синхронного
генератора?
25. Опишите условия и способы синхронизации при включении
синхронного генератора на параллельную работу.
26. Что произойдет, если после подключения синхронного генератора сети
для параллельной работы изменить ток в его обмотке возбуждения?
27. Опишите принцип действия синхронных двигателей.
28. Опишите способы пуска синхронных двигателей.
29. Опишите принцип действия и назначение синхронного конденсатора.
30. Опишите принцип работы и особенности синхронного реактивного
двигателя.
Таблица 2
Вариант
1
Вопросы
1,11 2,12 3,13 4,14 5,15,
30
29
28
27
26
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6,16,
25
7,17,
24
8,18,
23
9,19,
22
10,30,
21
Задание 3
Решите задачу: исходные данные определите по таблице 3.
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает от
сети переменного тока при частоте f1= 50 Гц. Паспортные (номинальные) данные
двигателя приведены в таблице 3.
Определить: число пар полюсов p; номинальную частоту вращения двигателя
n2H; частоту ЭДС ротора при номинальной скорости вращения; мощность,
потребляемую двигателем от сети; номинальный и пусковой токи при соединении
обмоток статора звездой и треугольником; номинальный пусковой и максимальный
моменты двигателя; критическое скольжение SКР; перегрузочную способность
двигателя.
Рассчитать и построить механическую характеристику двигателя по значениям
скольжения: s =0; SH; SКР; I,0.
Методические указания
1. Сопротивления схемы замещения даны в относительных единицах при
расчетной рабочей температуре.
Сопротивления схемы замещения в Омах определяются по формулам:
X (O.E .)  U IФ
X 
(Ом) ;
I I НОМ .Ф
R
R(О.Е .)  U IФ
(Ом).
I IНОМ .Ф
где: Х(о.е) – индуктивное сопротивление в относительных единицах;
R(о.е) – активное сопротивление в относительных единицах;
U1ф – фазное напряжение статора (В);
I1НОМ.Ф – номинальный фазный ток статора (А).
P2 НОМ
I 1НОМ . 
3  U Ф  n  cos 
При частоте f1=50 Гц скорость вращения поля статора(синхронная скорость),
зависящая от числа полюсов, определяется по формуле:
60  f1
P
где: P- число пар полюсов двигателя. Оно может иметь значения указанные в
таблице 3.
Таблица 3
n1 
P
1
2
3
4
5
6
n1
,об/мин
3000
1500
1000
750
600
500
Число пар полюсов определяется по формуле:
P
60 f1
n1
Частота тока в роторе f2 пропорциональна скольжению и в номинальном режиме
определяется соотношением:
f2=SHf1,
где SH – номинальное скольжение в относительных единицах.
Скольжение- величина, характеризующая разность частот вращения ротора и
вращающегося поля статора:
s
n1  n 2
,
n1
где: n2- частота вращения ротора.
Зная скольжение, можно определить частоту вращения ротора:
n2= n1*(1-S) об/мин
За номинальную мощность двигателя принимают полезную мощность на вал,
поэтому для определения потребляемой мощности необходимо учесть потери в
двигателе:
PI 
PH
n
где: PI - потребляемая мощность; n- КПД в относительных единицах.
Определение номинального тока двигателя производится по формуле:
PH
IH 
n  cos  U H  3
Для определения токов при соединении обмоток статора по различным схемам
необходимо подставлять соответствующие напряжения, указанные в таблице 4.
Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату
напряжения сети питания, поэтому даже незначительное снижение напряжения
отрицательно сказывается на работе двигателя.
Расчет и построение графика механической характеристики двигателя M=f(S)
производиться по выражению:
m1  P  U ф1  R2 / S
M
2 * f1[( R1  R2 / S ) 2  ( X 1  X 2 ) 2 ]
где: m1 – число фаз в обмотке статора; P – число пар полюсов; Uф1 – напряжение,
приложенное к фазе обмотки статора, R2,x2– активное и индуктивное приведенные
сопротивления ротора, Ом R1,x1 – активное и индуктивное сопротивление статора,
Ом. Зависимость M=f(S) нелинейная.
Максимальное значение момента:
m1 PU 2 Ф
M MAX 
2
4f [ R1  R1  ( x1  x2 ) 2
Наступает при скольжении, называемом критическим, которое определяется по
формуле:
R2
S KP 
2
R1  ( x1  x2 ) 2
Перегрузочная способность двигателя- это отношение
M MAX
.
M НОМ
Задание 4
Решите задачу; исходные данные определите по таблице 5.
В цехе завода установлены асинхронные двигатели, которые потребляют
мощность P1 при коэффициенте мощности cos φ и работают от сети напряжением
U1H .
Кроме того, цеху требуется дополнительная мощность и проектируется
установка синхронного двигателя с паспортными данными: подводимая мощность
SH , полезная мощность на валу PH, номинальное линейное напряжение U1m,
коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке nH.
Определить коэффициент мощности синхронного двигателя; коэффициент
мощности цеха после установки синхронного двигателя; ток нагрузки до и после
установки асинхронного двигателя, если установленный синхронный двигатель
работает в номинальном режиме при опережающем коэффициенте мощности.
Таблица 4
вариант
Тип
двигателя
UIЛН
Схе
ма
Номинальные данные двигателей
P2ном nном
кВт %
Параметры
замещения
схемы
1
4А160М2У3
220/
380
∆/ Y
18,5
88,5
cos
φ
ном
0,92
nI
об/м
ин
3000
Sном
%
IП/
IН
R1,
о.е.
X1,
о.е.
R2,
о.е.
X2,
о.е.
2,1
7
0,049 0,092
0,022
0,12
2
4А225М6У3
220/
380
∆/ Y
37
91
0,89
1000
1,8
6,5 0,042 0,10
0,019
0,13
3
4А250s10У3
220/
380
∆/ Y
30
88
0,81
600
1,9
6
0,056 0,11
0,023
0,17
4
4А315s4У3
380/
660
∆/ Y
160
93,5
0,91
1500
1,4
6,5 0,018 0,107
0,017
0,15
5
4АН180s8У
3
220/
380
∆/ Y
15
86
0,80
750
2,6
5,5 0,066 0,14
0,031
0,17
6
4АН250М6
У3
220/
380
∆/ Y
75
93
0,87
1000
1,2
7
0,031 0,083
0,014
0,14
7
4А315s12У3
220/
380
∆/ Y
45
90,5
0,75
500
2,5
6
0,037 0,14
0,033
0,19
8
4А250М4У3
220/
380
∆/ Y
90
93
0,91
1500
1,3
7
0,024 0,093
0,014
0,12
9
4А180М2У3
220/
380
∆/ Y
30
90,5
0,90
3000
1,8
7,5 0,030 0,073
0,018
0,11
10
4АН315s4У
3
380/
660
∆/ Y
200
94
0,91
1500
1,8
6,5 0,021 0,12
0,016
0,14
Таблица 5
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Асинхронный двигатель
PI кВт
Cos φ
UI В
SH ,кВа
80
185
210
79
260
160
105
170
130
165
80
205
275
120
300
215
190
240
160
155
0,8
0,84
0,76
0,69
0,81
0,73
0,66
0,77
0,79
0,82
220
380
380
380
380
220
380
380
380
220
Синхронный двигатель
PH кВт
UI В
56
146
199
87
220
158
136
176
113
113
220
380
380
380
380
220
380
380
380
220
nH %
88
90
90,7
90
91,7
91,9
89,4
91,6
82,2
89,8
Литература
Основная
1. Кацман М.М. Электрические машины: Учебное пособие для техникумов.
– М.: Высш. школа, 2006.
2. Кацман М.М. Лабораторные работы по электрическим машинам и
электрическому приводу: Учеб. пособие для СПО. – М.: Академия, 2004.
3.
2005.
Дополнительная
Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия,