2. ФОС МДК 01.01 Электрические машины и аппараты. Свердловской области государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение свердловской области

• Название: Свердловской области государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение свердловской области
• Анкор: 2. ФОС МДК 01.01 Электрические машины и аппараты
• Дата: 06.12.2021
• Размер: 374 Kb.
• Имя файла: 2. ФОС МДК 01.01 Электрические машины и аппараты.doc
• Тип: Документы; #293845
• страница: 4 из 5

Литература

Основные источники:

Для преподавателей
1. Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студ.образоват.учреждений сред.проф. образования/ 5-изд., перераб. и доп . – М.: Издательский центр «Академия», 2013.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов –4-е изд., перераб. и доп.-Л: Энергоатомиздат., 1989.

3. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: Учеб.пособие - Москва: Высш.шк., 2004.
Для студентов

1. Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студ.образоват.учреждений сред.проф. образования/ 5-изд., перераб. и доп . – М.: Издательский центр «Академия», 2003.

2. Родштейн Л.А. Электрические аппараты: Учебник для техникумов –4-е изд., перераб. и доп.-Л: Энергоатомиздат., 1989.

3. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники: Учеб.пособие - Москва: Высш.шк., 2004.

Дополнительные источники:

Для преподавателей

1. 
   Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические машины – М. : Высш. Шк., 1985.
   
2. 
   Брускин Д.В., Зорохович А.Е., Хвостов Е.С. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1987
   

Для студентов

1. 
   Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические машины – М. : Высш. Шк., 1985.
   
2. 
   Брускин Д.В., Зорохович А.Е., Хвостов Е.С. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1987
   

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО МДК 01.01 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ.
Пример выполнения задания, задачи 1.0. В табл. 1.1 приведены данные некоторых параметров трехфазных масляных трансформаторов: номинальная мощность S_ном; номинальные первичное U_1номи вторичное U_2номнапряжения; номи­нальный ток первичной стороны I_1ном; напряжение короткого замыка­ния u_k и его активная u_k.a и реактивная u_k.p составляющие; ток холосто­го хода i₀; мощности холостого хода Р₀и короткого замыкания Р_к; ко­эффициенты мощности холостого хода cosφ₀ и короткого замыкания cosφ_k; сопротивление короткого замыкания Z_kи его активная r_к и ре­активная х_Ксоставляющие; номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ΔU_ном при коэффициенте мощности нагрузки транс­форматора cosφ₂ = 0,8 (характер нагрузки — индуктивный). Соедине­ние обмоток трансформатора Y/Y. Требуется определить параметры трансформатора, значения которых в таблице не указаны.

Решение варианта с трансформатором ТМ-25/10.

1. Номинальный ток в первичной обмотке

I_1ном=S_ном/(√3•U_1ном)=25/1,73•10=1,45 А.

2. Ток холостого хода

I₀ = (i₀/100)I_1ном = (3,2/100) •1,44 = 0,046 А.

3. Коэффициент мощности холостого хода

cosφ₀ = Р₀/(√3•I₀•U_1ном ) = 0,13/(1,73 • 0,046• 10) = 0,16.

4. Напряжение короткого замыкания

U_k = (u_K/100)•U_1ном/√3 = (4,5/100)•10/1,73 = 0,26 кВ.

5. Коэффициент мощности короткого замыкания

cosφ_к = Р_к/(3•I_1ном•U_к ) = 0,6/(3 • 1,44• 0,26) =0,53; sinφ_k=0,85.

6. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания

u_k.a = u_kcosφ_к = 4,5 • 0,53 = 2,38 %;

u_k.p = u_ksinφ_к = 4,5 • 0,85 = 3,8 %.

7. Сопротивление короткого замыкания

Z_k = U_k/I_1ном = 0,26•10³/1,44 = 180 Ом.

8. Активная и индуктивная составляющие сопротивления корот­кого замыкания

r_к = Z_kcosφ_к= 180 • 0,53 = 95,4 Ом;

х_К = Z_ksinφ_к = 180 • 0,85 = 153 Ом.

9. Номинальное изменение напряжения трансформатора при сбросе нагрузки

ΔU_ном =u_k.acosφ₂ +u_k.р sinφ₂ = 2,38 • 0,8 + 3,8 • 0,6 = 4,18 %.
Пример выполнения задания, задачи 1.1. В таблице 1.2 приведены технические данные трехфазных трансформаторов серии ТСЗ (трансформатор трехфазный сухой с заземленной первичной обмоткой). Используя эти данные, определить: коэффициент трансформации к, номинальные значения токов первичной I1ном и вторичной I2ном обмоток; ток холостого хода I0ном; напряжение короткого замыкания Uк.ном; сопротивление короткого замыкания Zk и его активную rk и индуктивную хk составляющие; определить номинальное изменение напряжения при значениях коэффициента мощности нагрузки cosφ2 = 1; 0,8 (инд.) и 0,8 (емк.); номинальные и максимальные значения КПД трансформатора при коэффициентах мощности нагрузки cosφ2 1 и 0,8.

Решение варианта с трансформатором ТСЗ-160/6.

1. Коэффициент трансформации

k= U_1ном/U_2ном = 6/0,23 = 26.

2. Номинальный ток первичной обмотки

I_1ном =S_ном/(√3•U_1ном)=160/(1,73 • 6) = 15,4 А.

3. Номинальный ток вторичной обмотки

I_2ном=I_1ном•к=15,4•26=400 А

4. Ток холостого хода

I₀ = (i₀/100) •I_1ном = (4/100) •15,4 = 0,6 А.

5. Напряжение короткого замыкания

U_1к = (u_k/100)•U_1ном = (5,5/100)•6000 = 330 В.

6. Сопротивление короткого замыкания

Z_k = U_1к /(√3•I_1к) = 330/(1,73•15,4)=12,4 Ом.

7. Коэффициент мощности короткого замыкания

cosφ_к = P_к/(√3•I_1ном•U_к)= 2700/(1,73•330•15,4) = 0,31; sinφ_к = 0,95

8. Активная и реактивная составляющие сопротивления корот­кого замыкания

r_к = Z_kcosφ_к= 12,4 • 0,31 = 3,8 Ом;

x_k = Z_ksinφ_к= 12,4 • 0,95 = 11,8 Ом.

9. Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания

u_k.a =u_kcosφ_к = 5,5 • 0,31 = 1,7%;

u_k.p =u_ksinφ_к = 5,5 • 0,95 = 5,2 %.

10. Изменение вторичного напряжения трансформатора при но­минальной нагрузке (β = 1):

при коэффициенте мощности нагрузки cosφ₂ = 1, sinφ₂ =0

ΔU_ном = u_k.acosφ₂ + u_k.psinφ₂ = 1,7 • 1 + 0 = 1,7%;

при коэффициенте мощности нагрузки cosφ₂ = 0,8 (инд.), sinφ₂ = 0,6

ΔU_ном = u_k.acosφ₂ + u_k.psinφ₂ = 1,7 • 0,8 + 5,2 • 0,6 = 4,48 %;

при коэффициенте мощности нагрузки cosφ₂= 0,8 (емк.), sinφ₂ = 0,6

ΔU_ном = u_k.acosφ₂ + u_k.psinφ₂ = 1,7-0,8 + 5,2 • (-0,6) = -1,8%.

Результаты расчета изменения вторичного напряжения транс­форматора ΔU_ном при номинальной нагрузке (β = 1):

cosφ₂...................................................1,0 0,8 (инд.) 0,8 (емк.)

ΔU_ном, %...…......................................1,7 4,48 -1,8

ΔU_ном,В.............................................3,9 10,3 -4,14

U₂ = U_2ном - ΔU_ном,В..........……......226 220 234

Внешние характеристики трансформатора представлены на рис. 1.9.

11. КПД трансформатора при номинальной нагрузке (β=1) и коэффициенте мощности cosφ₂ = 1



при номинальной нагрузке и коэффициенте мощности cosφ₂ = 0,8



12. Максимальный КПД:

при cosφ₂ = 1





Рис. 1.9. Внешние характеристики трансформатора

при cosφ₂ = 0,8



где коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД,

β' =
Пример выполнения задания, задачи 2.0. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А имеет технические данные, приведенные в таблице 2.1. Определить высоту оси вращения h, число полюсов 2р, скольжение при номинальной нагрузке s_ном, момент на валу М_ном, начальный пусковой М_пи максимальный М_тахмоменты, потребля­емую двигателем из сети активную мощность Р_1ном, суммарные по­тери при номинальной нагрузке ΣP,номинальный и пусковой токи I_ном и I_п в питающей сети при соединении обмоток статора «звез­дой» и «треугольником».

Решение варианта с двигателем 4A100S2У3.

1. В обозначении типоразмера двигателя цифры, стоящие пос­ле обозначения серии 4А, указывают на высоту оси вращения, т. е. h= 100 мм.

2. Следующая далее цифра указывает на число полюсов, т. е. 2р = 2; при частоте переменного тока 50 Гц этому числу полюсов соот­ветствует синхронная частота вращения n₂ = 3000 об/мин.

3. Скольжение при номинальной нагрузке определяется номи­нальной частотой вращения ротора двигателя

s_ном = (n₁-n_2ном)/n₁ = (3000 - 2880)/3000 = 0,04 или 4%.

4. Момент на валу двигателя (полезный момент двигателя) при номинальной нагрузке, т.е. при номинальной частоте вращения 2820 об/мин

М₂ = 9,55Р_ном/n_2ном = 9,55 • 4000/2880 = 13,26 Н•м.

5. Начальный пусковой момент

М_п = М_ном(М_п/М_ном) = 13,26 • 2 = 26,52 Н • м.

6. Максимальный (критический) момент двигателя определяют по его перегрузочной способности

М_mах = М_ном(М_mах/М_ном) = 13,26•2,5 = 33,15 Н•м.

7. Номинальный ток в фазной обмотке статора

I_ном = Р_ном/(m₁U₁η_номcosφ_1ном) = 4000/(3•220•0,865•0,89) = 7,9 А.

8. Потребляемая двигателем из сети активная мощность в режи­ме номинальной нагрузки

Р_1ном = Р_ном/η_ном = 4/0,865 = 4,6 кВт.

9. Суммарные потери двигателя при номинальной нагрузке

ΣP = Р_1ном - Р_ном = 4,6 - 4,0 = 0,6 кВт.

10. Линейный ток статора:

при соединении обмоток статора «звездой»

I_1лY = 7,9 А,

при соединении обмоток статора «треугольником»

I_1лΔ = 1,73•I₁ = 1,73 • 7,9 = 13,5 А.
Пример выполнения задания, задачи 3.0. Трехфазный синхронный генератор явнополюсной конструкции номинальной мощностью S_ном и числом полюсов 2р включен на параллельную работу с сетью напряжением U₁часто­той f =50 Гц. Статор генератора имеет длину l₁и диаметр D₁; маг­нитная индукция в воздушном зазоре В_δ,коэффициент заполнения сердечника статора сталью к_с — 0,95. Фазная обмотка статора со­держит w₁последовательно соединенных витков с обмоточным ко­эффициентом k_об1 = 0,92. Фазные обмотки статора соединены «звез­дой». Синхронные индуктивные сопротивления генератора: по про­дольной оси x_d,по поперечной оси x_q. Значения перечисленных па­раметров приведены в табл. 3.1.

Требуется определить тормозные моменты, действующие на ро­тор генератора: основной М_осн, реактивный М_р и результирующий М = М_осн + М_р и построить графики этих моментов в функции угла θ; вычислить перегрузочную способность генератора, если режим номинальной нагрузки соответствует углу нагрузки θ_ном = 16,5°.

Решение варианта 0.

1. Фазное напряжение генератора

U_1ф = 6000/1,73 = 3468 В.

2. Полюсное деление

τ = πD₁/2р = 3,14 • 0,80/12 = 0,21 м.

3. Основной магнитный поток

Ф = (2/π)В_δτl₁к_с = 0,64 • 0,88 • 0,21 • 0,52• 0,95 = 0,058 Вб.

4. Основная ЭДС генератора

Е₀= 4,44f₁Фw₁k_об1 = 4,44 • 50 • 0,058• 420• 0,92 = 4975 В.

5. Синхронная угловая скорость вращения

ω₁ = 2πf₁/p = 2 • 3,14 • 50/6 = 52,3 рад/с или п = 500 об/мин.

6. Максимальное значение основного электромагнитного момен­та генератора (θ = 90°)

М_осн.max=

7. Максимальное значение реактивного момента генератора

М_р.max=

8. Результаты расчетов основного момента

М_осн = М_осн.max sinθ,

реактивного момента

М_р = M_pmaxsin2θ

и результирующего момента

М = М_осн + М_p

для ряда значений угла нагрузки θ представлены в табл. 3.2.

9. Критическое значение угла нагрузки θ_кр, соответствующее мак­симальному результирующему моменту,

cosθ_кр= sinθ_кр =0,857,

откуда

θ_кр=arccos0,49=59⁰

где

β = E₀/[4U_1ф( x_d/x_q -1)] = 4975/[4 • 3468(89/41,4 - 1)] = 0,31.

Таблица 3.2

Параметр	Значения параметра
θ, град.	20	30	45	60	70	90
sinθ	0,342	0,500	0,707	0,866	0,940	1,00
Мосн,Н•м	3803	5560	7861	9629	10 452	11120
sin 2θ	0,643	0,866	1,00	0,866	0,643	0,00
Мр, Н•м	2883	3883	4484	3883	2883	0,00
М,Н•м	6686	9443	12 345	13 512	13 335	11120