Методические указания для выполнения контрольной работы студентами заочной формы обучения по предмету Электрические машины
методическая разработка

Обособленное структурное подразделение «Перевальский техникум» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Луганской народной республики «Донбасский государственный технический университет»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Контрольная работа

Программа, методические указания и контрольные задания

для студентов заочной формы обучения специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования в горной промышленности»

Содержание

ВВЕДЕНИЕ        5

Указания к выполнению контрольной работы        6

Рекомендуемая литература        10

Введение        11

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА        12

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ    МАШИНЫ    ПОСТОЯННОГО   ТОКА        15

Методические указания к выполнению контрольной работы        18

Указания к решению задачи №1        18

Указания к решению задачи №2        21

Указания к выполнению задания №3        25

Приложение А1        37

Приложение А2        38

Приложение Б        39

ВВЕДЕНИЕ

Широкое использование электрической энергии в условиях современного технического прогресса предъявляет высокие требования к квалификации обслуживающего персонала, в том числе в области электротехники. Курс электрические машины, является базой при изучении других специальных величин: привода горных машин, горной автоматики, электроснабжения горных предприятий и др.

 Цель дисциплины: изучение конструкции,  физических принципов работы, технологии изготовления, методов расчёта и проектирования, характеристик основ использования эксплуатации и испытания электрических машин.

Задачи дисциплины: получение практических навыков эксплуатации и проектирования электрических  машин в составе объектов электроэнергетики;  знание материалов, применяемые при

производстве турбо-,  гидрогенераторов и электрических двигателей; умение предотвращать аварии и выход из строя электрических машин.

Общие методические указания

Изучение теоретического материала следует вести в последовательности, предусмотренной программой. Материал, изучаемый по учебнику, необходимо четко и аккуратно конспектировать в рабочей тетради, основные определения подчеркивать, а формулы обводить рамкой. Электрические схемы вычерчивать согласно ГОСТам. Конспект составлять так, чтобы по нему можно было готовиться к экзамену, не перечитывая вновь весь материал по учебнику.

Решение задач рекомендуется вести в следующем порядке:

а) записать условие задачи, которое сопровождается чертежом или схемой;

б) после разбора условия и содержания задачи наметить последовательность ее решения;

в) решение проводить по этапам с указанием их цели;

г) выписать формулу, используемую для решения на данном этапе, после чего в нее подставить числовые значения величин обязательно в порядке соблюдения их в формуле (по возможности, решение в буквенном виде следует вести до конца задача или заданного этапа решения), промежуточные решения на каждом этапе выписывать на поля и подчеркивать;

д) указать размерность вычисляемых величин;

е) оценить правдоподобность полученного результата каждой арифметической операции.

Указания к выполнению контрольной работы

При изучении курса «Электрические машиы» студентами-заочниками выполняется  контрольная работа. Задания к ним разработаны в ста вариантах. Исполнению подлежит вариант, номер которого совпадает с двумя последними цифрами учебного шифра студента. Например, студент, шифр которого 108, выполняет восьмой вариант (08).

Решение задач производится полностью согласно заданным условиям.

Выполнение контрольной работы является наиболее важной и ответственной стадией изучения предмета. Контрольные работы служат для закрепления пройденного материала и для проверки умения студентов применять теоретические положения на практике.

Приступать к выполнению контрольных работ следует после тщательного изучения теоретического материала, решение рекомендованных задач и проработка вопросов для самопроверки.

Не рекомендуется выполнять всю контрольную работу сразу; целесообразно, проработав определенную тему, решить соответствующую задачу.

Контрольная работа выполняется в отдельной ученической тетради, желательно в клетку. Следует условия задачи переписывать полностью, оставлять поля шириной 25-30 мм для замечаний рецензента, а в конце тетради 2-3 свободные страницы для рецензии; формулы и расчеты писать чернилами, а чертежи и схемы выполнять карандашом с использованием чертежного инструмента, с необходимыми условными обозначениями и размерами; на графиках указывать масштаб. Условные обозначения должны соответствовать существующим ГОСТам. Чертежи и схемы должны быть выполнены четко и грамотно.

В связи с достаточно активным использованием студентами персональных  компьютеров разрешается выполнять контрольную работу в печатном виде, однако ее оформление также должно соответствовать существующим стандартам.

Работа выполняется аккуратно на листе формата А4 стандартным 14-м шрифтом с полуторным интервалом. Используются  шрифты Times New Roman . Вопросы и заголовки желательно выделять курсивом и жирным шрифтом, заглавными буквами. Границы полей: левое – 3 см, правое – 1,5 см, нижнее и верхнее – 2,0 см.  Одна печатная страница должна вмещать 30...40 строк текста, а в строке должно быть 60...64 печатных знака, включая пробелы. Текст печатается черным или синим цветом.

В работе не должно быть помарок, перечеркиваний. Опечатки, описки и графические неточности исправляются подчисткой или закрашиванием белой краской и нанесением на том же месте исправленного изображения машинописным способом, либо от руки чернилами или тушью того же цвета, что и исправляемый оригинал.

Все структурные элементы работы и главы ее основной части начинаются с новой страницы.

Абзацы в тексте начинают отступом, равным пяти печатным знакам.

После знаков препинания делается пробел, перед знаками препинания пробелов не делается. Перед знаком "тире" и после него делается пробел.

Знаки "дефис" и "перенос" пишутся без пробелов. Знаки "номер" (№) и "параграф" (§), а также единицы измерения от цифры отделяются пробелом. Знак градус (°) пишется с цифрой слитно, а градус Цельсия (°С) - отдельно. Знаки "номер", "параграф", "процент", "градус" во множественном числе не удваиваются и кавычками не заменяются.

Работа должна быть выполнена аккуратно, четким, разборчивым почерком, в той же последовательности, в какой приведены задания в методичке. Перед каждым ответом на вопрос следует писать номер задания и его полную формулировку. Сокращения слов и подчеркивания в тексте не допускаются. Общий объем работы не должно превышать 24 страниц рукописного или 12 страниц машинописного текста.

Сокращение наименований и таблицы в задачах должны выполняться с учетом требований  ЕСКД. При переносе таблиц следует повторить заголовок таблицы, указывая над ней «Продолжение таблицы» и ее номер. Единицы измерения указывать только в результирующих значениях.

В контрольной работе должны быть приведены условия задач, исходные данные и решения. Решение должно сопровождаться четкой постановкой вопроса (например, «Определяю …»); указываться используемые в расчетах формулы с пояснением буквенных обозначений; выполненные расчеты и полученные результаты должны быть пояснены.

Вычисление абсолютных величин следует производить с точностью до первого десятичного знака (0,1), в процентах – до первого десятичного знака (0,1%); относительных величинах – до второго десятичного знака (0,01).

В конце работы приводится список использованной литературы, где сначала указываются нормативные документы (законы, указы, постановления, приказы, инструкции и т.д.), затем в алфавитном порядке – учебная литература и справочные пособия с указанием фамилии и инициалов автора, наименование источника, места и года его издания; затем ставится дата выполнения работы и подпись студента.

Титульный лист работы должен быть оформлен в соответствии с утвержденной формой.

После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал.

Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку, то студент должен выполнить ее по прежнему или новому варианту в зависимости от указания рецензента, и зарегистрировать в учебной части  техникума вместе с незачтенной работой.

При возникновении вопросов в ходе выполнения контрольной работы студент может обратиться в техникум для получения устной или письменной консультации.

Студент обязательно должен сдать контрольную работу на проверку не позднее, чем за 10 дней до экзамена или зачета.

Допуск к сдаче экзамена полусают  те студенты, которые получили положительные оценки по  контрольной работе.

Введение

Технический прогресс современной техники базируется на применении электрических устройств. В системах электроснабжения эксплуатируются преобразователи электроэнергии, устройства автоматики, телемеханики, релейной защиты и вычислительной техники, создаваемые на основе электронных полупроводниковых приборов. Уровень их эксплуатации зависит от квалификации инженерно-технических работников. Поэтому необходимым условием подготовки инженерных кадров является изучение свойств,  различных электрических машин, их характеристик, конструкции, принципа действия и условий эксплуатации.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Устройство трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Вращающееся магнитное поле, создаваемое трехфазной системой тока. Принцип действия асинхронного электродвигателя.

Понятие об обмотках статора машин переменного тока. Зависимость синхронной скорости асинхронной машины от частоты тока в обмотке статора и от числа пар полюсов. Скольжение, зависимость его от механической нагрузки. Влияние скольжения на величины э.д.с. и тока ротора, на сопротивление обмотки ротора и на сдвиг фаз между э.д.с. и током ротора. Рабочий процесс асинхронного двигателя, саморегулируемость его.

Вращающий момент асинхронного двигателя. Зависимость его от скольжения и величины напряжения на зажимах электродвигателя. Перегрузочная способность и кратность пускового момента. Механическая и рабочая характеристики асинхронного двигателя. Асинхронные двигатели с улучшенными свойствами.

Пуск асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Повышение пускового момента и снижение пускового тока.

Регулирование скорости вращения асинхронных электродвигателей. Многоскоростные двигатели. Реверсирование асинхронных двигателей. Коэффициент мощности асинхронного двигателя и зависимость его от механической нагрузки. Потери и к.п.д. асинхронного двигателя.

Однофазный асинхронный двигатель: устройство, принцип действия, достоинства и недостатки, область применения.

Устройство синхронных машин, формы их исполнения, принцип действия и схема. Синхронный генератор. Рабочий режим синхронного генератора.   Включение синхронных генераторов на параллельную работу. Потери и к.п.д. синхронных генераторов.

   Типы         современных генераторов и характеристика его. Пуск синхронных двигателей. Влияние возбуждения синхронного двигателя на его коэффициент мощности. Типы синхронных двигателей и область их применения.

Практическая работа

Расчет параметров трехфазного асинхронного электродвигателя по его рабочим характеристикам.

Вопросы для самопроверки

1. Устройство асинхронного двигателя и назначение его составных частей. Почему двигатель называется асинхронным?

2. Объяснить, как получается вращающее магнитное поле?

3. Какие получаются синхронные скорости вращения при f = 50 Гц и p= 1,2, 3,4?

4. Как определяется скольжение ротора? Характер его изменения с увеличением нагрузки на валу двигателя?

5. Как изменяются токи в обмотках статора и ротора с изменением нагрузки?

6. Чему равен момент двигателя? Как он зависит от подведенного к обмотке напряжения?

7. Нарисовать векторную диаграмму роторной цепи двигателя. Объяснить по ней процесс пуска двигателя.

8. Нарисовать энергетическую диаграмму асинхронного двигателя? Из чего складываются потери асинхронного двигателя?

9. Что такое пусковой ток и пусковой момент двигателя? Как производят увеличение пускового момента при одновременном снижении пускового тока?

10. Какими способами можно производить регулирование скорости асинхронного двигателя?

11. Как на практике производят реверсирование асинхронного двигателя?

12. Какие тормозные режимы двигателя вы знаете? Охарактеризовать каждый из них.

13. Что такое коэффициент  мощности   асинхронного   двигателя? Как он зависит от загрузки двигателя?

14. Как устроен однофазный двигатель? Чем он отличается от трехфазного?

15. От чего зависит направление вращения однофазного асинхронного двигателя?

16. Рассказать об устройстве синхронной машины и принципе ее действия,

17. Нарисовать схему синхронной машины.    Как    происходит возбуждение синхронных генераторов?

18. Какой вид имеют внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора?

19. Какие виды потерь имеют место в синхронном генераторе?

20. Какие существуют способы включения синхронных генераторов в сеть?

21. Каковы   условия  параллельного    включения     трехфазных синхронных генераторов?

22. В чем заключается сущность метода  самосинхронизации?

23. Назвать два основных режима параллельной работы синхронных генераторов.

24. В чем заключаются конструктивные особенности  синхронного двигателя?

25. Охарактеризовать  асинхронный  способ  пуска  в  ход    синхронных двигателей.

26.  Какой вид   имеют    рабочие    характеристики    синхронного двигателя?

27. Как влияет возбуждение синхронного двигателя на его коэффициент мощности?

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ    МАШИНЫ    ПОСТОЯННОГО   ТОКА

Классификация, устройство и схема электрических машин постоянного тока. Коллектор и его назначение. Обмотки машин. Обратимость машин. Э.д.с. якоря. Реакция якоря. Коммутация тока. Способы улучшения коммутации тока.

Генераторы постоянного тока и их классификация. Генератор с независимым возбуждением, его схема и характеристики. Самовозбуждение генераторов постоянного тока. Генератор с параллельным возбуждением, его схема и характеристики. Генератор со смешанным возбуждением, его схема и внешняя характеристика.

Электродвигатели постоянного тока. Пуск двигателей постоянного тока в ход. Основные характеристики. Роль пускового и регулировочного реостатов. Вращающий момент, его зависимость от тока якоря и магнитного потока. Рабочие и механические характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока. Потери в машинах постоянного тока, к.п.д. машин. Реверсирование электродвигателей постоянного тока.

Область применения машин постоянного тока.

Практическая работа

Расчет основных параметров генератора   постоянного тока.

Вопросы для самопроверки

1. Объяснить принцип действия генератора и двигателя постоянного тока. Написать формулы, связующие ЭДС и напряжение на зажимах генератора и двигателя.

2. В чем сущность обратимости машин постоянного тока?

3. Каково назначение индуктора, якоря и коллектора в генераторе и двигателе постоянного тока?

4. Как определяется момент на валу электрической машины? От каких величин он зависит?

5. В чем заключается принцип самовозбуждения машин постоянного тока? Перечислить основные причины, по которым генератор может не возбудиться.

6. От чего зависят электрические потери в машинах постоянного тока? Как определяется КПД двигателя?

7. Объяснить, почему при увеличении нагрузки на валу двигателя увеличивается ток, потребляемый двигателем из сети?

8. Какой вид имеет характеристика холостого хода у генератора с параллельным возбуждением?

9. Объяснить назначение пускового реостата у двигателя постоянного тока.

10. Назвать три способа регулирования скорости двигателей постоянного тока (из формулы определения скорости двигателя).

     11. Написать основное уравнение равновесия двигателя в установившемся режиме. Из чего складывается статический момент сопротивления на валу двигателя?

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

 Назначение электрических аппаратов. Общие требования, предъявляемые к ним. Условные графические обозначения аппаратов и их элементов. Следует изучить  основные понятия, определения и термины. Изучить условные обозначения электрических аппаратов и их элементов, основные требования к электрическим аппаратам.  Основы теории электрических аппаратов Классификация электрических аппаратов.

 Электродинамические силы в электрических аппаратах. Силы, действующие на элементы токоведущей цепи. Динамическая стойкость аппаратов. Нагрев электрических аппаратов в нормальном режиме и при коротком замыкании, термическая стойкость. Электрические контакты: переходное сопротивление контактов, зависимость этого сопротивления от различных факторов, работа коммутирующих контактов при включении, в замкнутом состоянии, при отключении. Расчет и выбор контактного нажатия; материалы контактов. Конструкции контактов.

Электрическая дуга. Свойства электрической дуги. Условия гашения дуги постоянного и переменного тока. Конструкции дугогасительных устройств низкого и высокого напряжения. Бездуговые отключения электрических цепей. Инновационные технологии в разработке электрических аппаратов. Электромагнитные механизмы. Время срабатывания и отпускания электромагнитов. Ускорение и замедление времени срабатывания и отпускания электромагнитов.

Практическая работа

        Электрические аппараты. Изучение разновидности и конструкции электрических аппаратов.  Их назначение и использование в схемах электроснабжения.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется электрическим аппаратом?
2. Какие общие требования предъявляются к электрическим аппаратам?
3. Как обозначаются электрические аппараты и их элементы в электрических схемах?
4. Что такое электродинамическая стойкость аппаратов?
5. В чем особенность нагрева аппаратов при коротких замыканиях?
6. Пояснить понятие «термическая стойкость» аппарата.
7. Что называется электрическим контактом? Опишите основные конструкции контактов, материалы контактов.
8. Поясните режимы работы контактов при включении, во включенном состоянии, при отключении цепи.
9. Что такое переходное сопротивление контакта, как оно зависит от величины протекающего тока?
10. Каковы меры борьбы с эрозией и коррозией контактов?

Методические указания к выполнению контрольной работы

Перед выполнением контрольной работы следует еще раз ознакомиться с общими методическими указаниями. Ход решения задачи сопровождать краткими пояснениями.

В контрольную работу входит три задания:

Задача  №1 на расчет электрических машин переменного тока

 Задача  №2  на расчет электрических машин постоянного тока

Задание №3  теоретический вопрос по электрическим аппаратам

        Указания к решению задачи №1        

Задачи этой группы относятся к теме "Электрические машины переменного тока". Ряд возможных синхронных частот вращения магнитного поля статора при частоте 50 Гц: 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т.д. При частоте вращения ротора, например 950 об/мин, из этого ряда выбираем ближайшую к ней частоту вращения поля статора n1 = 1000 об/мин. Тогда можно определить скольжение ротора, даже не зная числа пар полюсов двигателя:

Из формулы для скольжения можно определить частоту вращения ротора:  

n2=n1(1-S).

В настоящее время промышленность выпускает асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт. Обозначение типа электродвигателя расшифровывается так: 4- порядковый номер серии; А - асинхронный; X - алюминиевая оболочка и чугунные щиты (отсутствие буквы X означает, что корпус полностью выполнен из чугуна); В- двигатель встроен в оборудование; Н- исполнение защищенное IP23, дли закрытых двигателей исполнения IP44 обозначение защиты не приводится; Р- двигатель с повышенным пусковым моментом; С - сельскохозяйственного назначения; цифра после буквенного обозначения показывает высоту оси вращения в мм (100, 12 и т.д.); буквы S, M, L  - после цифр - установочные размеры по длине корпуса (   S - станина самая короткая; М - промежуточная; L - самая длинная); цифра после установочного размера - число полюсов; буква У  - климатическое исполнение (для умеренного климата); последняя цифра - категория размещения: I - для работы на открытом воздухе, 3 - для закрытых не отапливаемых помещений. В обозначениях типов двухскоростных двигателей после установочного размера указывают через дробь оба числа полюса, например, 4А 160 S 4\2 УЗ. Здесь цифры 4 и 2 означают, что обмотки статора могут  переключаться так, что в двигателе 4 или 2 полюса.

Типовой пример к задаче №1

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4AР 160 S 6УЗ имеет номинальные данные: мощность   Рном =  кВт; напряжение   Uном = 380 В; частота вращения ротора       n2=975 об/мин; к.п.д. ном = 0,855; коэффициент мощности соsном=0,83; кратность пускового тока In/Iн = 7; кратность пускового момента   Mn/Мном=2,0;  способность к перегрузке Ммах/Мном = 2,2. Частота тока в сети  f1 = 50 Гц.

Определить:

• потребляемую мощность;
• номинальный, пусковой и максимальный моменты;
• номинальный и пусковой токи;
• номинальное скольжение;
• частоту тока в роторе;
• суммарные потери в двигателе.  Расшифровать его условное обозначение.
• Можно ли осуществить пуск двигателя при номинальной нагрузке, если напряжение в сети при пуске снизилось на    20 %?

Решение

1. Мощность, потребляемая из сети:

2. Номинальный момент, развиваемый двигателем:

3. Максимальный и пусковой моменты:

4. Определим номинальный и пусковой токи:

5. Номинальное скольжение:

6. Частота тока в роторе:

7. Условное обозначение двигателя расшифровывается так:

двигатель 4-й серии, асинхронный, с повышенным скольжением (буква Р), высота оси вращения 160 мм, размеры корпуса по длине S (самый короткий), шестиполюсный, для умеренного климата, третья категория размещения (для закрытых, не отапливаемых помещений).

8. При снижении напряжения в сети на 20% на выводах двигателя остается напряжение 0,8 Uном. Так как момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то

Отсюда М'n = 0,64; Мn = 0,64215,4 = 138 Нм, что більше       Мном = 107,7 Нм. Таким образом, пуск двигателя возможен.

Задача №1

 (варианты 01-100)

Исходные данные для решения этой задачи выбираются по таблице  приложения А1. Часть данных выбирается по числу десятков, а другая часть - по числу единиц в шифре.

В Приложении А2 приведены рабочие характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя, т.е. графики зависимостей от коэффициента нагрузки kн=Р2/Рном2 частоты вращения ротора n2, полезного момента М, коэффициента полезного действия ŋ и коэффициента мощности cosφ. Пользуясь характеристиками, определить для заданного значения коэффициента нагрузки kн следующие величины:

• полезный момент М, развиваемый двигателем на валу;
• частоту вращения ротора n2;
• коэффициент полезного действия ŋ;
• коэффициент мощности cosφ;

Вычислить при заданной нагрузке:

• полезную мощность (на валу) Р2;
• потребляемые из сети мощность Р1 и I1;
• суммарные потери в двигателе ∑Р;
• скольжение s;
• номинальную мощность Рном , т.е. полезную мощность при  kн=1;
• номинальное скольженин sном (при  kн=1)

Указания к решению задачи №2

Задачи этой группы относятся к теме «Электрические машины постоянного тока». Необходимо иметь представление о связи между напряжением на выводах U и э.д.с. Е и падением напряжения IяRя в обмотке якоря для генератора и двигателя:

для генератора: Е=U+IяRя;

для двигателя:  U=E+IяRя.

Для определения электромагнитного и полезного (номинального) момента, развиваемого двигателем, можно пользоваться формулами:

Из формулы противо-э.д.с. определим магнитный поток и подставим в формулу для Мэм:

,

где Ф – магнитный поток в веберах (Вб);

         Iя – ток якоря в амперах (А);

         Мэм – электромагнитный момент в ньютон  метрах (Нм);

         Рэм – электромагнитная мощность в ваттах (Вт);

          - угловая скорость вращения в радиан на секунду (рад\с).

Аналогично можно вывести и формулу для определения полезного (номинального) момента на валу:

Типовой пример 1 к задаче №2

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением рассчитан на номинальную (полезную) мощность Рном=10 кВТ и номинальное напряжение Uном=220 В. Частота вращения якоря    n=3000 об/мин.

Двигатель потребляет из сети ток I=63 А. Сопротивление обмотки возбуждения  Rв=85 Ом, сопротивление обмотки якоря Rя=0,3 Ом.

Определить:

1. потребляемую из сети мощность Р1;
2. к.п.д. двигателя ;
3. полезный вращающий момент М;
4. ток якоря Iя;
5. противо-э.д.с. в обмотке якоря Е;
6. суммарные потери в двигателе ;
7. потери в обмотках якоря Pa   и возбуждения Рв.

Решение

1. Мощность, потребляемая двигателем из сети:

1. Р1 =- Uном∙I = 220∙63 = 13900 Вт.
2. КПД двигателя, :

3. Полезней вращающий момент на валу:

М=9,55.

4. Для определения тока якоря предварительно находим:

ток возбуждения:   Iв=;

ток якоря: .

5.  Противо-э.д.с. в обмотке якоря:

Е=Uном-Iя∙Rя=220-60,4∙0,3=202В

6. Суммарные потери в двигателе:

=Р1-Р2 =13,9-10=3,9 кВт.

7. Потери в обмотках якоря и возбуждения:

Ря=Iя2 ∙Rя=60,42∙0,3=1190 Вт;

Рв= Uном∙Iв=220∙2,6=572 Вт.

Типовой пример 2 к задаче №2

Генератор с параллельным возбуждением, имеет сопротивление обмотки якоря Rя=0,08 Ом и сопротивление обмотки возбуждения RВ=18,2 Ом нагружен внешним сопротивлением R=1,2 Ом. При этом   напряжение на зажимах генератора  U=120 В, а КПД генератора .

Определить:

• ток в обмотке возбуждения IВ;
• ток во внешней цепи I;
• потребляемую из сети мощность Р1;
• к.п.д. двигателя ;
• полезную мощность Р1;
• ток якоря Iя;
• э.д.с. Е;
• суммарные потери в двигателе ;
• потери в обмотках якоря Pa   и возбуждения Рв.

Решение

2. Ток в обмотке  возбуждения:  

;

3. Ток во внешней цепи

4. Ток в обмотке якоря

5. ЭДС в обмотке якоря:

Е=Uном +Iя∙Rя=120+106,6∙0,08=128,5 В

6. Полезнач мощность, отдаваемая генератором в сеть:

Р1 =U∙I = 120∙100 = 12000 Вт.

7. Полная мощность генератора определим по формуле:

8. Суммарные потери в двигателе:

9. Потери в обмотках якоря и возбуждения:

Задача №2

 (варианты 01-100)

Исходные данные для решения этой задачи выбираются по таблице  приложения Б. Часть данных выбирается по числу десятков, а другая часть - по числу единиц в шифре.

Генератор с независимым возбуждением работает в номинальном режиме и используется в осветительной сети: напряжение на зажимах машины Uн; напряжение возбуждения Uв; сопротивление обмотки якоря Rя; сопротивление обмотки возбуждения  Rв; сопротивление нагрузки Rн; КПД генератора .

Начертить схему генератора и определить:

• подводимую мощность к генератору Р1;
• полезную мощность Р2;
• силу тока в обмотке якоря Iя;
• ток возбуждения   Iв;
• ЭДС генератора Е;
• Электрические потери в обмотках якоря и возбуждения, а также суммарную мощность потерь

Указания к выполнению задания №3

Электрические аппараты можно классифицировать по ряду признаков: назначению, области применения, принципу действия, роду тока и др. Основной является классификация по назначению, которая предусматривает разделение электрических аппаратов на ряд больших групп, например: коммутационные, ограничивающие, пускорегулирующие и др. При проектировании и разработке электрических аппаратов в первую очередь необходимо учитывать электродинамические усилия, возникающие в них в процессе работы. Следует изучить методы расчета электродинамических усилий, усилия, возникающие между параллельными проводниками, усилия в витке, катушке и между витками, усилия в месте изменения сечения проводника, а также электродинамические усилия при переменном однофазном и трехфазном токах и усвоить понятие электродинамической стойкости аппаратов. При работе электрических аппаратов все элементы их подвергаются тепловому воздействию. Нагрев токоведущих частей и изоляции аппаратов существенно определяет надежность работы. При повышении температуры сокращается срок службы изоляции и уменьшается механическая прочность проводников. Необходимо изучить причины нагрева электрических аппаратов при постоянном и переменном токе, способы передачи тепла внутри нагретых тел и с их поверхности. Особое внимание уделить изучению установившегося режима нагрева, кратковременного и повторно-кратковременного, а также при коротком замыкании. Определение электрического контакта. Режимы работы контактов (включение, включенное состояние, отключение).

                Задание №3

Ответ на вопрос должен быть конкретным с объяснением физической сути работы того или иного аппарата или процесса. Ответ объяснить электрическими схемами, графиками, рисунками.
 Номер вопроса соответствует номеру варианта

1. Что называется электрическим аппаратом?
2. Какие общие требования предъявляются к электрическим аппаратам?
3. Как обозначаются электрические аппараты и их элементы в электрических схемах?
4. Что такое электродинамическая стойкость аппаратов?
5. В чем особенность нагрева аппаратов при коротких замыканиях?
6. Пояснить понятие «термическая стойкость» аппарата.
7. Что называется электрическим контактом? Опишите основные конструкции контактов, материалы контактов.
8. Поясните режимы работы контактов при включении, во включенном состоянии, при отключении цепи.
9. Что такое переходное сопротивление контакта, как оно зависит от величины протекающего тока?
10. Каковы меры борьбы с эрозией и коррозией контактов?
11. Причины появления электрической дуги в аппаратах.
12.  Пояснить статическую вольтамперную и динамическую характеристики дуги постоянного тока.
13.  Пояснить условие стабильного горения и гашения дуги постоянного и переменного тока.
14.  Каковы причины возникновения перенапряжения при отключении дуги постоянного тока?
15. Как происходит процесс восстановления напряжения на дуговом промежутке при отключении активной нагрузки, индуктивной нагрузки?
16.  Какие факторы влияют на скорость восстановления напряжения на дуговом промежутке в цепи переменного тока?
17.  Опишите основные способы гашения дуги в электрических аппаратах.
18. Как зависит сила тяги электромагнитов постоянного и переменного тока от величины воздушного зазора?
19. Пояснить назначение реле и основные их характеристики.
20.  Каков принцип действия электромагнитных реле тока и напряжения?
21.  Описать конструкции электромагнитных реле, привести их основные параметры, характеристики.
22.  Пояснить принцип действия поляризованных реле, их параметры и характеристики.
23.  Каково назначение и устройство реле времени (с электромагнитным, механическим и пневматическим замедлением)?
24.  Как осуществляется регулировка выдержки времени реле времени?
25. Предназначение автоматических выключателей.
26. Основные элементы автоматических выключателей. В каких исполнениях выпускаются.
27. Принцип действия автоматических выключателей, преимущества перед предохранителями.
28. Типы расцепителей, на чем основано их действие, от каких режимов защищают, характеристики.
29. Как различают автоматические выключатели по времени срабатывания.
30. дайте определения понятиям: уставка тока срабатывания, токовая отсечка, селективность.
31. Условия выбора автоматических выключателей.
32. Современное состояние техники и теории электрических аппаратов, задачи развития электроаппаратостроения на ближайшую перспективу.
33. Методы увеличения допустимой плотности тока в шинах. Интенсификация охлаждения узлов ЭА.
34. Расчет нагрева катушек электрических аппаратов с учетом влияния магнитопроводов на основе теории плоских и цилиндрических стенок.
35. Расчет магнитных цепей графо-аналитическим методом.
36.  Теория и практика жидкометаллических контактов. Расчет слаботочных и сильноточных контактов, особенности их конструкций.
37. Электродинамические силы взаимодействия проводника с током с ферромагнитными элементами. Механический резонанс.
38.  Вывод и характеристика дифференциальных уравнений низкотемпературной плазмы.
39.  Методика расчета кривых тока включения в цепи синусоидального напряжения.
40. Расчеты параметров восстанавливающегося напряжения в двухчастотном контуре.
41. Расчеты параметров восстанавливающейся прочности коммутирующих элементов ЭА в основных типичных условиях работы.
42. Что называется электрическим аппаратом?
43. Какие общие требования предъявляются к электрическим аппаратам?
44. Как обозначаются электрические аппараты и их элементы в электрических схемах?
45. Что такое электродинамическая стойкость аппаратов?
46. В чем особенность нагрева аппаратов при коротких замыканиях?
47. Пояснить понятие «термическая стойкость» аппарата.
48. Что называется электрическим контактом? Опишите основные конструкции контактов, материалы контактов.
49. Поясните режимы работы контактов при включении, во включенном состоянии, при отключении цепи.
50. Что такое переходное сопротивление контакта, как оно зависит от величины протекающего тока?
51. Каковы меры борьбы с эрозией и коррозией контактов?
52. . Причины появления электрической дуги в аппаратах.
53.  Пояснить статическую вольтамперную и динамическую характеристики дуги постоянного тока.
54.  Пояснить условие стабильного горения и гашения дуги постоянного и переменного тока.
55.  Каковы причины возникновения перенапряжения при отключении дуги постоянного тока?
56. Как происходит процесс восстановления напряжения на дуговом промежутке при отключении активной нагрузки, индуктивной нагрузки?
57.  Какие факторы влияют на скорость восстановления напряжения на дуговом промежутке в цепи переменного тока?
58.  Опишите основные способы гашения дуги в электрических аппаратах.
59. Как зависит сила тяги электромагнитов постоянного и переменного тока от величины воздушного зазора?
60. Пояснить назначение реле и основные их характеристики.
61.  Каков принцип действия электромагнитных реле тока и напряжения?
62.  Описать конструкции электромагнитных реле, привести их основные параметры, характеристики.
63.  Пояснить принцип действия поляризованных реле, их параметры и характеристики.
64.  Каково назначение и устройство реле времени (с электромагнитным, механическим и пневматическим замедлением)?
65.  Как осуществляется регулировка выдержки времени реле времени?
66. Предназначение автоматических выключателей.
67. Основные элементы автоматических выключателей. В каких исполнениях выпускаются.
68. Принцип действия автоматических выключателей, преимущества перед предохранителями.
69. Типы расцепителей, на чем основано их действие, от каких режимов защищают, характеристики.
70. Как различают автоматические выключатели по времени срабатывания.
71. дайте определения понятиям: уставка тока срабатывания, токовая отсечка, селективность.
72. Условия выбора автоматических выключателей.
73. Современное состояние техники и теории электрических аппаратов, задачи развития электроаппаратостроения на ближайшую перспективу.
74. Методы увеличения допустимой плотности тока в шинах. Интенсификация охлаждения узлов ЭА.
75. Расчет нагрева катушек электрических аппаратов с учетом влияния магнитопроводов на основе теории плоских и цилиндрических стенок.
76. Расчет магнитных цепей графо-аналитическим методом.
77.  Теория и практика жидкометаллических контактов. Расчет слаботочных и сильноточных контактов, особенности их конструкций.
78. Электродинамические силы взаимодействия проводника с током с ферромагнитными элементами. Механический резонанс.
79.  Вывод и характеристика дифференциальных уравнений низкотемпературной плазмы.
80.  Методика расчета кривых тока включения в цепи синусоидального напряжения.
81. Расчеты параметров восстанавливающегося напряжения в двухчастотном контуре.
82. Расчеты параметров восстанавливающейся прочности коммутирующих элементов ЭА в основных типичных условиях работы.
83. Пояснить статическую вольтамперную и динамическую характеристики дуги постоянного тока.
84.  Пояснить условие стабильного горения и гашения дуги постоянного и переменного тока.
85.  Каковы причины возникновения перенапряжения при отключении дуги постоянного тока?
86. Как происходит процесс восстановления напряжения на дуговом промежутке при отключении активной нагрузки, индуктивной нагрузки?
87.  Какие факторы влияют на скорость восстановления напряжения на дуговом промежутке в цепи переменного тока?
88.  Опишите основные способы гашения дуги в электрических аппаратах.
89. Как зависит сила тяги электромагнитов постоянного и переменного тока от величины воздушного зазора?
90. Пояснить назначение реле и основные их характеристики.
91.  Каков принцип действия электромагнитных реле тока и напряжения?
92.  Описать конструкции электромагнитных реле, привести их основные параметры, характеристики.
93.  Пояснить принцип действия поляризованных реле, их параметры и характеристики.
94.  Каково назначение и устройство реле времени (с электромагнитным, механическим и пневматическим замедлением)?
95.  Как осуществляется регулировка выдержки времени реле времени?
96. Расчеты параметров восстанавливающегося напряжения в двухчастотном контуре.
97. Расчеты параметров восстанавливающейся прочности коммутирующих элементов ЭА в основных типичных условиях работы.
98. Что называется электрическим аппаратом?
99. Какие общие требования предъявляются к электрическим аппаратам?
100. Как обозначаются электрические аппараты и их элементы в электрических схемах?

        Вопросы для подготовки к экзамену

1. Устройство асинхронного двигателя и назначение его составных частей. Почему двигатель называется асинхронным?
2. Объяснить, как получается вращающее магнитное поле?
3. Какие получаются синхронные скорости вращения при f = 50 Гц и p= 1,2, 3,4?
4. Как определяется скольжение ротора? Характер его изменения с увеличением нагрузки на валу двигателя?
5. Как изменяются токи в обмотках статора и ротора с изменением нагрузки?
6. Чему равен момент двигателя? Как он зависит от подведенного к обмотке напряжения?
7. Нарисовать векторную диаграмму роторной цепи двигателя. Объяснить по ней процесс пуска двигателя.
8. Нарисовать энергетическую диаграмму асинхронного двигателя? Из чего складываются потери асинхронного двигателя?
9. Что такое пусковой ток и пусковой момент двигателя? Как производят увеличение пускового момента при одновременном снижении пускового тока?
10.  Какими способами можно производить регулирование скорости асинхронного двигателя?
11. Как на практике производят реверсирование асинхронного двигателя?
12. Какие тормозные режимы двигателя вы знаете? Охарактеризовать каждый из них.
13. Что такое коэффициент  мощности   асинхронного   двигателя? Как он зависит от загрузки двигателя?
14.  Как устроен однофазный двигатель? Чем он отличается от трехфазного?
15.  От чего зависит направление вращения однофазного асинхронного двигателя?
16. Рассказать об устройстве синхронной машины и принципе ее действия,
17. Нарисовать схему синхронной машины.    Как    происходит возбуждение синхронных генераторов?
18.  Какой вид имеют внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора?
19. Какие виды потерь имеют место в синхронном генераторе?
20. Какие существуют способы включения синхронных генераторов в сеть?
21. Каковы   условия  параллельного    включения     трехфазных синхронных генераторов?
22. В чем заключается сущность метода  самосинхронизации?
23. Назвать два основных режима параллельной работы синхронных генераторов.
24. В чем заключаются конструктивные особенности  синхронного двигателя?
25. Охарактеризовать  асинхронный  способ  пуска  в  ход    синхронных двигателей.
26.  Какой вид   имеют    рабочие    характеристики    синхронного двигателя?
27. Как влияет возбуждение синхронного двигателя на его коэффициент мощности?
28. Объяснить принцип действия генератора и двигателя постоянного тока. Написать формулы, связующие ЭДС и напряжение на зажимах генератора и двигателя.
29.  В чем сущность обратимости машин постоянного тока?
30. Каково назначение индуктора, якоря и коллектора в генераторе и двигателе постоянного тока?
31. Как определяется момент на валу электрической машины? От каких величин он зависит?
32. В чем заключается принцип самовозбуждения машин постоянного тока? Перечислить основные причины, по которым генератор может не возбудиться.
33. От чего зависят электрические потери в машинах постоянного тока? Как определяется КПД двигателя?
34. Объяснить, почему при увеличении нагрузки на валу двигателя увеличивается ток, потребляемый двигателем из сети?
35. Какой вид имеет характеристика холостого хода у генератора с параллельным возбуждением?
36. Объяснить назначение пускового реостата у двигателя постоянного тока.
37. Назвать три способа регулирования скорости двигателей постоянного тока (из формулы определения скорости двигателя).
38. Написать основное уравнение равновесия двигателя в установившемся режиме. Из чего складывается статический момент сопротивления на валу двигателя?
39. Что называется электрическим аппаратом?
40. Какие общие требования предъявляются к электрическим аппаратам?
41. Как обозначаются электрические аппараты и их элементы в электрических схемах?
42. Что такое электродинамическая стойкость аппаратов?
43. В чем особенность нагрева аппаратов при коротких замыканиях?
44. Пояснить понятие «термическая стойкость» аппарата.
45. Что называется электрическим контактом? Опишите основные конструкции контактов, материалы контактов.
46. Поясните режимы работы контактов при включении, во включенном состоянии, при отключении цепи.
47. Что такое переходное сопротивление контакта, как оно зависит от величины протекающего тока?
48. Каковы меры борьбы с эрозией и коррозией контактов?
49. . Причины появления электрической дуги в аппаратах.
50.  Пояснить статическую вольтамперную и динамическую характеристики дуги постоянного тока.
51.  Пояснить условие стабильного горения и гашения дуги постоянного и переменного тока.
52.  Каковы причины возникновения перенапряжения при отключении дуги постоянного тока?
53. Как происходит процесс восстановления напряжения на дуговом промежутке при отключении активной нагрузки, индуктивной нагрузки?
54.  Какие факторы влияют на скорость восстановления напряжения на дуговом промежутке в цепи переменного тока?
55.  Опишите основные способы гашения дуги в электрических аппаратах.
56. Как зависит сила тяги электромагнитов постоянного и переменного тока от величины воздушного зазора?
57. Пояснить назначение реле и основные их характеристики.
58.  Каков принцип действия электромагнитных реле тока и напряжения?
59.  Описать конструкции электромагнитных реле, привести их основные параметры, характеристики.
60.  Пояснить принцип действия поляризованных реле, их параметры и характеристики.
61.  Каково назначение и устройство реле времени (с электромагнитным, механическим и пневматическим замедлением)?
62.  Как осуществляется регулировка выдержки времени реле времени?
63. Предназначение автоматических выключателей.
64. Основные элементы автоматических выключателей. В каких исполнениях выпускаются.
65. Принцип действия автоматических выключателей, преимущества перед предохранителями.
66. Типы расцепителей, на чем основано их действие, от каких режимов защищают, характеристики.
67. Как различают автоматические выключатели по времени срабатывания.
68. дайте определения понятиям: уставка тока срабатывания, токовая отсечка, селективность.
69. Условия выбора автоматических выключателей.
70. Современное состояние техники и теории электрических аппаратов, задачи развития электроаппаратостроения на ближайшую перспективу.
71. Методы увеличения допустимой плотности тока в шинах. Интенсификация охлаждения узлов ЭА.
72. Расчет нагрева катушек электрических аппаратов с учетом влияния магнитопроводов на основе теории плоских и цилиндрических стенок.
73. Расчет магнитных цепей графо-аналитическим методом.
74.  Теория и практика жидкометаллических контактов. Расчет слаботочных и сильноточных контактов, особенности их конструкций.
75. Электродинамические силы взаимодействия проводника с током с ферромагнитными элементами. Механический резонанс.
76.  Вывод и характеристика дифференциальных уравнений низкотемпературной плазмы.
77.  Методика расчета кривых тока включения в цепи синусоидального напряжения.
78. Расчеты параметров восстанавливающегося напряжения в двухчастотном контуре.

Приложение А1

        Данные для расчета задачи 1        

Указания к решению задачи: Полезнуюмощьность при заданной нагрузке можно определить из формулы вращающего момента, зная значение момента М и частоту вращения ротора n2 . Таким же образом вычисляют номинальную мощность, но значения М и n2 берут при kн=1. Потребляемую мощность Р1 вычисляют из формулы для КПД двигателя. Для определения номинального скольжения по рабочим характеристикам находять частоту вращения ротора n2 при kн=1.

Приложение Б

Данные для расчета задачи 2