Электрические машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Билеты государственной итоговой аттестации

По предмету: «Электрические машины»

Билет№1

1. Назначение машин постоянного тока

Машин постоянного тока широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др.

Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики. Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Недостаток машин постоянного тока -- наличие щеточно коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины.

2. Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока получили широкое распространение и часто являются незаменимыми благодаря ценному свойству - возможности плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах. Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зависит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока. Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в том случае, когда источником электрической энергии двигателя является какой-либо генератор. Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используют регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается КПД двигателя.

Регулируют частоту вращения якоря двигателя изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения для изменения тока включают регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением.

Последний способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен.

Билет№2

1. Характеристики генераторов постоянного тока

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которыми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах и, ток в якоре I_я, ток возбуждения I_в и скорость вращения якоря п.Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов. Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости значительно изменяются все характеристики генератора.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э.д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет магнитную характеристику машины.

2. Принцип действия работы силового трансформатора

На магнитопроводе расположены две обмотки. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки потечет переменный ток, который создаст в магнитопроводе магнитный поток. Замыкаясь в магнитопроводе этот поток, сцепляясь с обеими обмотками, индуцирует в них электродвижущие силы, в первичной - электродвижущую силу самоиндукции, а во вторичной - электродвижущую силу взаимоиндукции. Так как в обмотках различное число витков, то индуцируемые электродвижущие силы будут отличаться по значению. Ко второй обмотке подключен потребитель, который является нагрузкой трансформатора. В этой обмотке наводится ток и напряжения, которые отличаются от первичных параметров. Таким образом, в силовых трансформатора происходит трансформирование электроэнергии одних параметров в другие, которые необходимы для питания всех источников в цехах промышленных предприятий. Это значит, что параметры, поступающие на первичную обмотку, преобразуются во вторичные параметры, которые отдаются нагрузке. Силовой трансформатор нельзя включать в сеть постоянного тока, так как в таком случае не будет наводится переменная электродвижущая сила и ток поданный на первичную обмотку достигнет огромных параметров что приведет к возгоранию первичной обмотки а следовательно силового трансформатора. Отсюда можно сделать вывод, что силовые трансформаторы питаются только переменным током.

Билет№3

1. Устройство силового трансформатора

Назначение силовых трансформаторов -- преобразование электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.

Силовые трансформаторы подразделяются на два вида. Силовые трансформаторы общего назначения предназначены для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы силовые специального назначения предназначены для непосредственного питания потребительской сети или приемников электрической энергии, если эта сеть или приемники отличаются особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы. К числу таких сетей или приемников электрической энергии относятся подземные рудничные сети и установки, выпрямительные установки, электрические печи и т.п. Основными элементами, из которых состоит силовой трансформатор, являются магнитопровод и обмотки.

Магнитопровод представляет собой магнитную цепь силового трансформатора, по которой замыкается магнитный поток. Совокупность магнитопровода и обмоток представляет собой активную часть силового трансформатора. Остальные элементы являются вспомогательными, неактивными частями. Для соединения между собой обмоток, обмоток с выводами и переключателями ответвлений предназначены отводы.

Обмотки и отводы, соединенные по определенной схеме представляют собой электрическую цепь, изолированную относительно заземленных частей конструкции силового трансформатора. Изоляция выполняется из твердых изоляционных материалов - электроизоляционного картона, бумаги, гетинакса и т.п. Масляные силовые трансформаторы заливают трансформаторным маслом.

2. Опыт короткого замыкания трансформатора

Коротким замыканием трансформатора называется его режим, когда вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. В эксплуатационных условиях короткое замыкание является аварийным режимом, при котором внутри трансформатора выделяется большое количество теплоты, способное его разрушить.

Опыт короткого замыкания выполняется при сильно пониженном до небольшого значения первичном напряжении (примерно 5--10% номинального первичного напряжения). Его значение выбирают так, чтобы ток I₁ в первичной обмотке был равен номинальному значению, несмотря на короткое замыкание вторичной обмотки. При помощи комплекта измерительных приборов посредством опыта определяются напряжение U_1к, ток I_1k и мощность P_1k.Ток I₂ при номинальном значении I₁ также будет иметь номинальное значение. Эдс Е₂ при этом опыте будет лишь покрывать внутреннее падение напряжения, т. е. E_2K = I₂z₂, а при номинальной нагрузке₂ = ₂ + ₂

Билет№4

1. Определение рабочих свойств трансформатора по данным опыта х.х. и к.з.

Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой могут быть определены непосредственным его испытанием. Если включить трансформатор на какую-либо нагрузку и изменить ее, то по показаниям приборов можно определить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. п. д. трансформатора. Однако при испытании трансформатора под нагрузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо очень громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме этого, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.

Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.

При опыте холостого хода измеряют напряжение первичной и вторичной обмотки 171 и U2, ток холостого хода /0 и потребляемую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода, т. е. Р_ст=Ро.

При опыте короткого замыкания измеряют напряжение короткого замыкания U_K, силу тока первичной обмотки, равную номинальной Iн, и мощность Рк, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, т. е. Робм=Р_К.

По данным опыта короткого замыкания определяются сопротивление (полное, активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании z_K, r_K и х_К, а также напряжение короткого замыкания u_к и активная u_а и реактивная u_х составляющие напряжения короткого замыкания.

При испытании трехфазного трансформатора все величины определяются для одной фазы.

2. Асинхронные машины. Применение, устройство

Асинхронные машины -- наиболее распространенные электрические машины. Особенно широко они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время асинхронные электродвигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и находят широкое применение в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.

Билет№5

1. Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами

Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где по ряду причин желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: большим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения. Эти двигатели отличаются от двигателей нормального исполнения только устройством короткозамкнутой обмотки ротора. Одни из них снабжены двумя самостоятельными обмотками типа «беличьей клетки», другие имеют более глубокие пазы ротора, в которые укладывается короткозамкнутая обмотка, имеющая в отличие от обычной стержни с большим отношением высоты к ширине, третьи обладают повышенным сопротивлением стержней обмотки. Первые называются двигателями с двойной «беличьей клеткой», вторые -- с глубоким пазом, третьи -- с повышенным скольжением. Рассмотрим процессы, происходящие при пуске двигателя с двойной «беличьей клеткой».

Обмотка имеет меньшее активное сопротивление по сравнению с обмоткой, так как она большего диаметра и выполнена из материала с меньшим удельным сопротивлением (медь), чем вторая (латунь). Стержни обмотки расположены в толще ферромагнитного сердечника ротора, стержни обмотки -- ближе к воздушному зазору.

2. Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора. Этот способ используется только в асинхронных двигателях с фазным ротором и основан на изменении скольжения путем введения в цепь ротора регулировочного реостата. Механические характеристики асинхронного двигателя для различных значений активного сопротивления цепи ротора показывают, что с увеличением активного сопротивления скольжение возрастает и соответствует заданному нагрузочному моменту М2, а частота вращения ротора - уменьшается.

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в цепи статора (частотное регулирование). При этом способе регулирования необходим источник питания с регулируемой частотой напряжения на выходе. Для этого наиболее часто используют источники переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты, которые позволяют одновременно регулировать частоту тока и величину напряжения источников. Необходимость этого обусловлена тем, что с изменением частоты изменяются индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора, а следовательно, и электромагнитный момент двигателя. Поэтому для сохранения на требуемом уровне перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя необходимо, чтобы изменения частоты и напряжения II происходили в соответствии с формулой. Если частота вращения двигателя регулируется при условии постоянства нагрузочного момента, то подводимое к двигателю напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока: Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения ротора двигателя в широком диапазоне.

Однако источники питания с регулируемыми частотой тока и напряжением усложняют и удорожают установку. Такой способ регулирования наиболее часто используют при работе двигателя в пожара - или взрывоопасных средах (химическая и нефтеперерабатывающая промышленности), где применение коллекторных двигателей с хорошими регулировочными свойствами недопустимо из-за наличия щеточного контакта - источника искрообразования.

3. Что такое обратимость электрических машин?

Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.

Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка. Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторых электропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением.

Билет №6

1. Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели - машины небольшой мощности, которые по конструктивному исполнению напоминают аналогичные трехфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Однофазные асинхронные двигатели отличаются от трехфазных двигателей устройством статора, где в пазах магнитопровода находится двухфазная обмотка, состоящая из основной, или рабочей, фазы с фазной зоной 120 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями С1 и С2, и вспомогательной, или пусковой, фазы с фазной зоной 60 эл. град и выводами к зажимам с обозначениями В1 и В2. Магнитные оси этих фаз обмотки смещены относительно друг друга па угол 0 = 90 эл. град. Одна рабочая фаза, присоединенная к питающей сети переменного напряжения, не может вызвать вращения ротора, так как ток ее возбуждает переменное магнитное поле с неподвижной осью симметрии, характеризуемое гармонически изменяющейся во времени магнитной индукцией.

2. Назначение

Синхронные машины используют главным образом в качестве источников электрической энергии переменного тока; их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках (тепловозах, автомобилях, самолетах). Конструкция синхронного генератора определяется в основном типом привода. В зависимости от этого различают турбогенераторы, гидрогенераторы и дизель-генераторы. Турбогенераторы приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами, гидрогенераторы -- гидротурбинами, дизель-генераторы -- двигателями внутреннего сгорания.

Синхронные машины широко используют и в качестве электродвигателей при мощности 100 кВт и выше для привода насосов, компрессоров, вентиляторов и других механизмов, работающих при постоянной частоте вращения. Для генерирования или потребления реактивной мощности с целью улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения применяют синхронные компенсаторы.

Устройство. Статор. Статор синхронного генератора, как и других машин переменного тока, состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, в пазах которого укладывается обмотка переменного тока, и станины -- чугунного или сварного из листовой стали кожуха.

В выштампованные на внутренней поверхности сердечника пазы укладывается обмотка статора. Статорная обмотка синхронного генератора состоит из трех фазных обмоток и ее выполняют по тому же принципу, что и статорную обмотку асинхронного двигателя. Обмотка статора выполняется из секций, изготовленных обычно из медных проводников круглого или прямоугольного сечения. Изоляция обмотки выполняется особо тщательно, так как машина работает обычно при высоких напряжениях. В качестве изоляции применяют миканит и миканитовую ленту. Ротор. Роторы синхронных машин по конструкции делятся на два типа: явнополюсные: (т. е. с явно выраженными полюсами) и неявнополюсные (т. е. с неявно выраженными полюсами).

Та или иная конструкция ротора диктуется соображениями механической прочности. У современных генераторов, вращающихся от быстроходных двигателей (паровая турбина), окружная скорость ротора может достигать 100--160 м/сек. Поэтому быстроходные генераторы имеют неявнополюсный ротор. Скорость вращения быстроходных генераторов составляет 3000 об/мин и 1500 об/мин. Явнополюсный ротор представляет собой стальную поковку.. К ободу ротора прикрепляются полюсы, на которые надеваются катушки возбуждения, соединяемые последовательно между собой. Концы обмотки возбуждения присоединяются к двум кольцам, укрепленным на валу ротора. На кольца накладываются щетки, к которым присоединяется источник постоянного напряжения. Обычно постоянный ток для возбуждения ротора дает генератор постоянного тока, сидящий на одном валу с ротором и называемый возбудителем.

Билет№7

1. Рабочие режимы трансформатора

Рабочий режим -- это работа трансформатора при подключенных потребителях или под нагрузкой (под нагрузкой понимается ток вторичной цепи -- чем он больше, тем больше нагрузка). К трансформатору подключаются различного рода потребители: электрические двигатели, освещение и т. п.

2. Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором - асинхронный двигатель, имеющий три фазные обмотки, геометрические оси которых сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120°. Фазы обмоток соединяются, обычно, звездой, а их концы присоединяются к трем контактным (электрически изолированным) кольцам, расположенным на вале, на которые накладываются щетки, размещенные в щеткодержателе.

Этот вид асинхронных электродвигателей имеет лучшие пусковые и регулировочные характеристики, тем не менее ему присущи также и большие размеры, масса, и стоимость, чем асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

Билет№8

1. Автотрансформаторы. Устройство и принцип действия

Автотрансформамтор -- вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию -- это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге - меньшая стоимость.

Одним неприятным свойством: как и всякий автотрансформатор, он не обеспечивает электрическую развязку высоковольтной (сетевой) и низковольтной (или выходной) стороны. Иными словами - на выходе ЛАТРа может быть (обычно присутствует) сетевая фаза. Это может привести к поражению персонала электрическим током. Для предотвращения этого по ныне действующим правилам техники безопасности для лабораторных работ следует применять безопасный регулируемый источник переменного тока, представляющий собой комбинацию автотрансформатора ЛАТР и отсекающего трансформатора, обеспечивающего электрическую развязку с осветительной (питающей) сетью.

Трансформатор электрической развязки может быть как понижающий - так и с коэффициентом трансформации 1: 1 (один к одному). На каркасе магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора. Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

Случается, что напряжение бывает не дотягивает до стандартного 230В или наоборот превышает его. Автотрансформатор может легко скорректировать это с шагом, которым он рассчитан и выполнен. Автотрансформатор, укомплектованный регулирующей и коммутационной аппаратурой, делает это автоматически.

ток трансформатор двигатель генератор

Билет №9

1. Регулирование частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора. Этот способ используется только в асинхронных двигателях с фазным ротором и основан на изменении скольжения путем введения в цепь ротора регулировочного реостата. Механические характеристики асинхронного двигателя для различных значений активного сопротивления цепи ротора показывают, что с увеличением активного сопротивления скольжение возрастает и соответствует заданному нагрузочному моменту М2, а частота вращения ротора - уменьшается. Регулирование частоты вращения изменением частоты тока в цепи статора (частотное регулирование). При этом способе регулирования необходим источник питания с регулируемой частотой напряжения на выходе. Для этого наиболее часто используют источники переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты, которые позволяют одновременно регулировать частоту тока и величину напряжения источников. Необходимость этого обусловлена тем, что с изменением частоты изменяются индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора, а следовательно, и электромагнитный момент двигателя. Поэтому для сохранения на требуемом уровне перегрузочной способности, коэффициента мощности и КПД двигателя необходимо, чтобы изменения частоты и напряжения II происходили в соответствии с формулой.

Если частота вращения двигателя регулируется при условии постоянства нагрузочного момента, то подводимое к двигателю напряжение необходимо изменять пропорционально изменению частоты тока: Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения ротора двигателя в широком диапазоне. Однако источники питания с регулируемыми частотой тока и напряжением усложняют и удорожают установку. Такой способ регулирования наиболее часто используют при работе двигателя в пожара - или взрывоопасных средах (химическая и нефтеперерабатывающая промышленности), где применение коллекторных двигателей с хорошими регулировочными свойствами недопустимо из-за наличия щеточного контакта - источника искрообразования.

2. Измерительный трансформатор

Измерительный трансформатор -- электрический трансформатор для контроля напряжения, тока или фазы сигнала первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь; минимизировать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала в измерительной (вторичной) цепи. Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Их применяют в цепях переменного тока для расширения пределов измерения измерительных приборов и для изоляции этих приборов от токоведующих частей, Находящихся под высоким напряжением.

Трансформаторы напряжения конструктивно представляют собой обычные трансформаторы малой мощности. Перечная обмотка такого трансформатора включается в два линейных провода сети, напряжение которой измеряется или контролируется; во вторичную обмотку включают вольтметр или параллельную обмотку ваттметра, счетчика и т. п. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения выбирают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении напряжение вторичной обмотки было 100 в.

Работа трансформатора напряжения подобна режиму холостого хода обычного силового трансформатора, так как сопротивление вольтметра или параллельной обмотки ваттметра, счетчика и т. п. велико и током во вторичной обмотке можно пренебречь.

3. Опыт к.з. трансформатора

Коротким замыканием трансформатора называется его режим, когда вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко. В эксплуатационных условиях короткое замыкание является аварийным режимом, при котором внутри трансформатора выделяется большое количество теплоты, способное его разрушить.

Опыт короткого замыкания выполняется при сильно пониженном до небольшого значения первичном напряжении (примерно 5--10% номинального первичного напряжения). Его значение выбирают так, чтобы ток I₁ в первичной обмотке был равен номинальному значению, несмотря на короткое замыкание вторичной обмотки. При помощи комплекта измерительных приборов посредством опыта определяются напряжение U_1к, ток I_1k и мощность P_1k.Ток I₂ при номинальном значении I₁ также будет иметь номинальное значение. Эдс Е₂ при этом опыте будет лишь покрывать внутреннее падение напряжения, т. е. E_2K = I₂z₂, а при номинальной нагрузке₂ = ₂ + ₂

Билет№10

1. Вращающий момент асинхронного двигателя

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I₂. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I₂, а только от его активной составляющей, т. е.

I₂ cos ш2,

где ш2 -- фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

2. Сварочные трансформаторы. Назначение, принцип действия

Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока. Трансформатор имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию, -- вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В. 8 нижней части сердечника 1 находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно.

Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка -- подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта 4, с которым она связана, и рукоятки 5, находящейся на крышке кожуха трансформатора. Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока -- 65-460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40-180 А.

Билет№11

1. Определение рабочих свойств трансформаторов по данным опытов короткого замыкания и холостого хода

Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в громоздком нагрузочном оборудовании, кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.

При опыте холостого хода измеряют напряжение первичной и вторичной обмотки 171 и U2, ток холостого хода /0 и потребляемую при холостом ходе мощность Р0, которая расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода, т. е. Р_ст=Ро.

При опыте короткого замыкания измеряют напряжение короткого замыкания U_K, силу тока первичной обмотки, равную номинальной Iн, и мощность Рк, потребляемую трансформатором при опыте короткого замыкания и расходуемую на покрытие потерь в обмотках при номинальной нагрузке, т. е. Робм=Р_К.

По данным опыта короткого замыкания определяются сопротивление (полное, активное и реактивное) трансформатора при коротком замыкании z_K, r_K и х_К, а также напряжение короткого замыкания u_к и активная u_а и реактивная u_х составляющие напряжения короткого замыкания. При испытании трехфазного трансформатора все величины определяются для одной фазы.

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания можно найти напряжение на зажимах вторичной обмотки и к. трансформатора при любой нагрузке.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э.д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет магнитную характеристику машины. При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф₀, который индуктирует в обмотке якоря э.д. с. Е₀. Эта э.д.с. составляет несколько процентов (2--5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении I_в увеличивается и э.д.с. Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения I_в, то э.д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагничивания стали нисходящая ветвь пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя I_в не только по величине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины.

Билет№12

1. Каким путем передается энергия из первичной сети во вторичную в автотрансформаторе?

В общем случае любые трансформаторы применяются в электрических сетях для изменения величины напряжения. Так при передаче электроэнергии на большие расстояния повышение напряжения снижает потери энергии на активном сопротивлении передачи пропорционально квадрату значения рабочего напряжения. Поэтому напряжение генератора электростанции повышают в 10 -- 15 раз передают по ЛЭП, а потом на месте снижают последовательно по ступеням для питания местных распределительных сетей различных напряжений. Все подобные преобразования напряжения из одного значения в другое осуществляют при помощи трансформаторов и их разновидностью -- автотрансформаторов.

Билет№13

1. Вращающий момент асинхронного двигателя

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I₂. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I₂, а только от его активной составляющей, т. е. I₂ cos ш2, где ш2 -- фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

2. Измерительные трансформаторы. Назначение и устройство

Измерительный трансформатор -- электрический трансформатор для контроля напряжения, тока или фазы сигнала первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь; минимизировать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала в измерительной (вторичной) цепи. Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Их применяют в цепях переменного тока для расширения пределов измерения измерительных приборов и для изоляции этих приборов от токоведующих частей, Находящихся под высоким напряжением.

Трансформаторы напряжения конструктивно представляют собой обычные трансформаторы малой мощности. Перечная обмотка такого трансформатора включается в два линейных провода сети, напряжение которой измеряется или контролируется; во вторичную обмотку включают вольтметр или параллельную обмотку ваттметра, счетчика и т. п. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения выбирают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении напряжение вторичной обмотки было 100 в.Работа трансформатора напряжения подобна режиму холостого хода обычного силового трансформатора, так как сопротивление вольтметра или параллельной обмотки ваттметра, счетчика и т. п. велико и током во вторичной обмотке можно пренебречь.

Билет№14

1. Работа асинхронного двигателя под нагрузкой

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I₂. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I₂, а только от его активной составляющей, т. е. I₂ cos ш2, где ш2 -- фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

2. Сварочные трансформаторы

Сварочный трансформатор служит для понижения напряжения сети с 220 или 380 В до безопасного, но достаточного для легкого зажигания и устойчивого горения электрической дуги (не более 80 В), а также для регулировки силы сварочного тока. Трансформатор имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию, -- вторичной. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60-65 В; напряжение при ручной сварке обычно не превышает 20-30 В. 8 нижней части сердечника 1 находится первичная обмотка 3, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно.

Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка -- подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта 4, с которым она связана, и рукоятки 5, находящейся на крышке кожуха трансформатора. Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает. При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается. Пределы регулирования сварочного тока -- 65-460 А. Последовательное соединение катушек первичной и вторичной обмоток позволяет получать малые сварочные токи с пределами регулирования 40-180 А.

Билет№15

1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД з, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos ц, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const. Скоростная характеристика n2 = f(P2).

Частота вращения ротора асинхронного двигателя n2 = n1(1 - s).

Скольжение s = Pэ2/Pэм, т. е. скольжение асинхронного двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Рэ2 = 0, а поэтому s ? 0 и n20 ? n1. По мере увеличения нагрузки на валу асинхронного двигателя отношение s = Pэ2/Pэм растет, достигая значений 0,01 - 0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n2 = f(P2) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора двигателя r2' угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты асинхронного двигателя n2 при колебаниях нагрузки Р2 возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r2' возрастают электрические потери в роторе.

2. Почему результирующий магнитный поток в машине остается неизменным при любом изменении нагрузки?

Результирующий магнитный поток синхронной машины создается совместным действием МДС обмоток возбуждения и статора. Результирующее магнитное поле вращается в пространстве с той же скоростью, что и ротор. При нагрузке результирующий магнитный поток в машине определяется совместным действием МДС обмотки возбуждения и МДС обмотки якоря. Влияние поля якоря на поле возбуждения, так же как и в синхронных машинах, называют реакцией якоря. Картину магнитного поля при нагрузке можно получить, используя принцип наложения.

Билет№16

1. Пуск в ход асинхронного двигателя

Пуск асинхронного короткозамкнутого электродвигателя малой и средней мощности в большинстве случаев производится путем непосредственного включения электродвигателя под номинальное напряжение сети без ограничивающих резисторов в ОС или ОР. Следовательно, его ускорение при таком пуске происходит по естественной характеристике. При прямом пуске, включении электродвигателя под номинальное напряжение электросети без дополнительных резисторов в ОС или ОР в электродвигателе возникает пусковой ток, превышающий его номинальный ток. Электродвигатель развивает пусковой и максимальный моменты. Такое увеличение пускового тока сопровождается понижением напряжения электросети в момент пуска, что неблагоприятно сказывается на работе других преобразователей, включенных в ту же электросеть. Значительное понижение напряжения сети происходит при пуске мощных электродвигателей. Поэтому пуск асинхронных электродвигателей без применения средств, ограничивающих пусковой ток, допускается лишь в том случае, если номинальная мощность двигателя не превышает 25% мощности трансформатора, питающего электросеть цеха.

2. Принцип действия и устройство синхронного генератора

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - ротора, и имеет две основные обмотки. Одна обмотка подключается к источнику постоянного тока. Протекающий по этой обмотке ток создает основное магнитное поле машины. Эта обмотка располагается на полюсах и называется обмоткой возбуждения. Иногда у машин небольшой мощности обмотка возбуждения отсутствует, а магнитное поле создается постоянными магнитами. Другая обмотка является обмоткой якоря. В ней индуктируется основная ЭДС машины. Она укладывается в пазы якоря и состоит из одной, двух или трех обмоток фаз. Наибольшее распространение в синхронных машинах нашли трехфазные обмотки якоря.

В синхронных машинах чаще всего находит применение конструкция, при которой, обмотка якоря располагается на статоре, а обмотка возбуждения - на роторе. Синхронные машины небольшой мощности иногда имеют обращенное исполнение, когда обмотка якоря располагается на роторе, а обмотка возбуждения - на полюсах статора. В электромагнитном отношении обе конструкции равноценны.

Билет№17

1. Вращающий момент асинхронного двигателя

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I₂. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I₂, а только от его активной составляющей, т. е. I₂ cos ш2, где ш2 -- фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

3. Что такое обратимость электрических машин?

Обратимость электрических машин вызвана одинаковым устройством преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п. Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Так, электрогенератор будет иметь несколько больший КПД, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, электродинамический микрофон будет выдавать более качественный звуковой сигнал, чем равная по размерам динамическая головка. Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения: двигатель постоянного тока, будучи отключен от питающего его источника, вращаясь по инерции, сразу же переходит в генераторный режим из-за наличия в нём противоэлектродвижущей силы. Если одновременно с отключением от источника двигатель замкнуть на небольшое сопротивление, то под действием противоэлектродвижущей силы в замкнутой цепи якорной обмотки возникнет большой ток, который и создаст в двигателе тормозящий момент, направленный против его вращения, вследствие чего двигатель быстро остановится. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на некоторых электропоездах и трамваях при торможении или движении под уклон. Такой режим работы транспортного средства называется рекуперативным торможением.

Билет№18

1. Измерительные трансформаторы. Назначение и устройство

Измерительный трансформатор-- электрический трансформатор для контроля напряжения, тока или фазы сигнала первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь; минимизировать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала в измерительной (вторичной) цепи. Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Их применяют в цепях переменного тока для расширения пределов измерения измерительных приборов и для изоляции этих приборов от токоведующих частей, Находящихся под высоким напряжением.

Трансформаторы напряжения конструктивно представляют собой обычные трансформаторы малой мощности. Перечная обмотка такого трансформатора включается в два линейных провода сети, напряжение которой измеряется или контролируется; во вторичную обмотку включают вольтметр или параллельную обмотку ваттметра, счетчика и т. п. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения выбирают таким, чтобы при номинальном первичном напряжении напряжение вторичной обмотки было 100 в.Работа трансформатора напряжения подобна режиму холостого хода обычного силового трансформатора, так как сопротивление вольтметра или параллельной обмотки ваттметра, счетчика и т. п. велико и током во вторичной обмотке можно пренебречь.

2. Коэффициент полезного действия трансформатора

Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) называют отношение отдаваемой мощности Р2 к мощности Р1 поступающей в первичную обмотку:

з = P2/P1 = (U2I2 cos ц2)/(U1I1 cos ц1)

или

з = (Р1 - ДР)/Р1 = 1 - ДР/(Р2 + ДР),

где ДР -- суммарные потери в трансформаторе.

Высокие значения КПД трансформаторов не позволяют определять его с достаточной степенью точности путем непосредственного измерения мощностей Р1 и Р2, поэтому его вычисляют косвенным методом по значению потерь мощности.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе характеризует энергетическая диаграмма. При передаче энергии из первичной обмотки во вторичную возникают электрические потери мощности в активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток ДРэл1 и ДРзл2, а также магнитные потери в стали магнитопровода ДРм (от вихревых токов и гистерезиса). Поэтому

Р2 = Р1 - ДРэл1 - ДРэл2 - ДРм

и формулу можно представить в виде

з =	P2 P2 + ДPэл1 + ДPэл2 + ДPм	= 1 -	ДPэл1 + ДPэл2 + ДPм P2 + ДPэл1 + ДPэл2 + ДPм

Величину Рэм = Р1 -- ДРэл1 -- ДРм, поступающую во вторичную обмотку, называют внутренней электромагнитной мощностью трансформатора. Она определяет габаритные размеры и массу трансформатора.

Билет№19

1. Коллекторные машины. Устройство

Коллекторный электродвигатель -- синхронная электрическая машина в которой датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство -- щёточноколлекторный узел. Коллекторная машина, электрическая машина (генератор, двигатель), у которой обмотка ротора соединена с коллектором. Различают: коллекторная машина постоянного и переменного тока. Коллекторная машина постоянного тока достаточно широко распространены, по наличие коллектора ограничивает их мощность до нескольких Мвт и напряжение до 1,5 Кв.

Коллекторная машина переменного тока коллектор служит механическим преобразователем частоты. Коллекторный генератор используется главным образом как источник трехфазного переменного тока, допускающий регулирование частоты тока независимо от частоты вращения ротора генератора. Коллекторные двигатели (однофазные и трехфазные) в отличие от бесколлекторных, имеют гибкие регулировочные характеристики, но более дороги, тяжелы и менее надёжны. Однофазные двигатели малой мощности широко используются в бытовых электроприборах. Трёхфазные двигатели мощностью до нескольких квт применяют главным образом в электроприводах с широким диапазоном регулирования скорости. Коллекторные преобразователи частоты входят в состав электромашинных каскадов, а также используются для компенсации сдвига фаз напряжения и тока у асинхронного электродвигателя. С развитием полупроводниковой техники коллекторные преобразователи вытесняются более перспективными статическими полупроводниковыми преобразователями частоты.

2. Регулирование частоты вращения машин постоянного тока

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения встречает трудности, связанные со сложностью преобразования напряжения постоянного тока. Для этой цели либо применяют статические преобразователи напряжения, либо питают двигатель от отдельного генератора постоянного тока, допускающего плавное регулирование напряжения (система генератор -- двигатель). Такие системы применяют лишь для отдельных специальных приводов, требующих регулирования частоты вращения по сложной программе, например для главных двигателей прокатных станов.

...