Теория электрических аппаратов. Расчет и выбор электрического аппарата и его элементов

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский государственный технический университет

Кафедра “Электрические аппараты”

Курсовая работа по курсу

«Электрические аппараты»

Выполнил: студент гр. 97-ЭА

Принял: Кириенко В.П.

Нижний Новгород - 1999 г.

Содержание

• 1. Вопросы теории электрических аппаратов. Качественные задачи
• 2. Разработка и графическое изображение электрических схем на основе предложенного набора электрических и электронных аппаратов
• 3. Расчет и выбор электрического аппарата и его элементов
• 4. Изучение и анализ электрических схем, выполненных на базе электрических аппаратов и электрических машин
• Литература

Вопросы теории электрических аппаратов. Качественные задачи

№ 1.15. Два проводника с токами I₁ и I₂ длиной l каждый находятся на расстоянии k друг от друга. Токи проходят в противоположных направлениях. Указать направление силы, действующей на второй проводник, если первый из них был закреплен.

Решение.

Проводник 1 с током I₁ создает в месте расположения проводника 2 индукцию (рис 1.). По правилу левой руки определяем направление силы . При этом не следует рассматривать взаимодействие тока I₂ с полем, создаваемым проводником 2.

Рис. 1. Определение силы, действующей на проводник с током.

электрический аппарат электронный

№ 1.38. Определить период сигнала, если частота переменного тока: f = 400 Гц, f = 25 кГц, f = 2 кГц, f = 40 Гц, f = 1250 Гц.

Решение.

Период сигнала равен



(1.1)

Соответственно, при

f = 400 Гц, T = 2,5 мс;

f = 25 кГц, T = 40 мкс;

f = 2 кГц, T = 0,5 мс;

f = 40 Гц, T = 25 мс;

f = 1250 Гц, T = 0,8 мс.

№ 1.45. Почему при удалении сердечника из катушки передаваемая энергия из первичной обмотки однофазного трансформатора во вторичную резко понижается?

Решение.

При удалении сердечника из катушки поток, который передает энергию из первичной обмотки во вторичную, замыкается по воздуху, магнитное сопротивление которого очень велико. Величина магнитного потока уменьшается, следовательно, уменьшается и передаваемая энергия.

№ 1.91. Как изменится среднее значение силы тяги электромагнита переменного тока, если на его магнитопроводе с целью устранения вибрации разместить короткозамкнутый виток?

При синусоидальном переменном токе поток изменяется по закону

Ф = Ф_msint.(1.2)

Сила притяжения магнита будет

,(1.3)

P_ср = P_m/2.



При наличии короткозамкнутого витка общий поток Ф разветвляется на две составляющих Ф₁ и Ф₂, сдвинутых во времени на угол . Сила притяжения магнита складывается из двух сдвинутых во времени сил Р₁ и Р₂:

(1.4)

(1.5)

Полная сила

(1.6)

Среднее значение силы тяги равно

.(1.7)

Так как короткозамкнутый виток охватывает только часть магнитопровода, то Ф₂ < Ф₁, следовательно, P_2m < P_1m, значит, при наличии короткозамкнутого витка среднее значение силы тяги уменьшается.

№ 1.123. Назовите основные виды электрических защит, применяемых в автоматизированном электроприводе. С помощью каких электрических аппаратов они могут быть реализованы?

Решение.

Основными видами электрических защит, применяемых в автоматизированном электроприводе, являются:

Максимальная токовая защита. Обеспечивает защиту электродвигателей, преобразователей и элементов схем управления от токов коротких замыканий. Реализуется плавкими предохранителями, максимальными токовыми реле, автоматическими выключателями с электромагнитными токовыми расцепителями.

Минимальная токовая зашита. Используется в двигателях постоянного тока и асинхронных двигателях для защиты от обрыва цепи обмоток возбуждения. Реализуется минимально-токовыми реле, включаемыми последовательно в цепь обмотки возбуждения.

Нулевая защита по напряжению. Она предохраняет двигатель от самозапуска при чрезмерном снижении или кратковременном исчезновении напряжения питающей сети. Реализуется линейными контакторами переменного тока, магнитными пускателями, нулевыми реле постоянного и переменного тока и автоматическими выключателями с нулевыми расцепителями.

Электротепловая защита. Обеспечивает защиту электродвигателей от длительных перегрузок и реализуется с помощью электротепловых, максимальных токовых реле и автоматическими выключателями с тепловыми расцепителями.

Защита от перенапряжений. Используется при мгновенном отключении обмотки возбуждения двигателя постоянного тока от источника питания. Реализуется максимальными реле напряжения и схемным решением, содержащим последовательно соединенные диод и разрядный резистор, схема включается параллельно обмотке возбуждения.

Путевая защита. Ограждает производственный механизм от движения рабочего органа далее конечного положения. Осуществляется с помощью контактных и бесконтактных конечных выключателей.

Защита от затянувшегося пуска синхронного двигателя. Защищает его от недопустимых значений моментов, возникающих при пуске с недостаточным возбуждением или совсем без него. Осуществляется с помощью реле нулевого тока в сочетании с реле времени.

Температурная защита. Контролирует температуру отдельных зон обмотки возбуждения. Реализуется позисторами, имеющими положительный температурный коэффициент сопротивления и включаемыми в цепь последовательно, и термисторами, имеющими отрицательный температурный коэффициент сопротивления и включаемыми в цепь параллельно.

Защита по управляющему электроду. Применяется для защиты полупроводниковых приборов при аварийных режимах работы. Реализуется автоматическими выключателями с независимыми дистанционными расцепителями.

Разработка и графическое изображение электрических схем на основе предложенного набора электрических и электронных аппаратов

№ 2.51. Приведите условные обозначения электрических двигателей постоянного тока с различными способами возбуждения: а) с независимым возбуждением; б) с параллельным возбуждением; в) с последовательным возбуждением; г) со смешанным возбуждением; д) с возбуждением от постоянных магнитов.

Решение.

а)

Рис.2. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.



б)

Рис.3. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.

в)

Рис.4. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.

г)

Рис.5. Двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением

д)

Рис 6. Двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.



№ 2.74. Приведите графические и буквенные обозначения контактных соединений (скользящий контакт, штырь, гнездо, разборное соединение, неразборное соединение), электромагнита, электромеханического тормоза, электромагнитной муфты, выпрямителя, инвертора, счетчика активной и реактивной мощности.

Решение.

XA

Рис.7. Контакт, скользящий по линейной токопроводящей поверхности.

XA

Рис. 8. Контакт, скользящий по нескольким линейным токопроводящим поверхностям.

XA

Рис. 9. Контакт, скользящий по кольцевой токопроводящей поверхности.



XA

Рис. 10. Контакт, скользящий по нескольким кольцевым токопроводящим поверхностям.

XP

Рис.11. Штырь.

XS

Рис.12. Гнездо.

XT

Рис.13. Разборное соединение.

XN

Рис.14. Неразборное соединение.



YK

Рис.15. Электромагнит.

YB

Рис.16. Электромагнитный тормоз.

YC

Рис.17. Электромагнитная муфта.

UZ

Рис.18. Инвертор.



UD

+

-

Рис.19. Однофазная мостовая выпрямительная схема (развернутое изображение).

UD

-+

Рис.20. Однофазная мостовая выпрямительная схема (упрощенное изображение).

UD

+

-

Рис.21. Трехфазная мостовая выпрямительная схема.



PI

Wh

Рис.22. Счетчик активной мощности.

PK

varh

Рис.23. Счетчик реактивной мощности.

Расчет и выбор электрического аппарата и его элементов

№ 3.15. Медный провод диаметром d = 1,2 мм имеет длину l = 120 м. Определить его сопротивление при = 20С и при = 80С.

Решение.

Сопротивление проводника определяется по формуле

,(3.1)

где l - длина проводника, d - диаметр,

,(3.2)

где ₀ - удельное электрическое сопротивление при 0С, _R - температурный коэффициент сопротивления, - температура, С.

Для меди ₀ = 1,5510^-8 Омм, _R = 0,004.

Соответственно, для = 20С

Ом,

для = 80С

Ом.

№ 3.38. По катушке с индуктивностью L = 0,5 Гн проходит ток I = 3,6 А. Определить потокосцепление самоиндукции и энергию, запасенную в катушке.

Решение.

Потокосцепление определяется по формуле

,(3.3)

= 0,53,6 = 1,8 Вб

Энергия, запасенная в катушке, определяется по формуле

,(3.4)

№ 3.74. Произвести расчет и выбор плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при условии реализации тяжелого пуска и длительного режима работы, если кратность пускового тока для данного электродвигателя равна 6. Номинальный ток двигателя - 60 А.

Решение.

Выбор плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором производится по току вставки I_ПВ по отношению к пусковому току двигателя I_П так, чтобы

(3.5)

где I_Н, I_П - номинальный и пусковой токи двигателя, А; - коэффициент, характеризующий условия пуска; K_i - кратность пускового тока. Кроме того,

(3.6)

где - коэффициент, зависящий от режима работы двигателя.

В данном случае = 1 (длительный режим работы двигателя), = 1,6...2 (тяжелый пуск), K_i = 6. Таким образом, плавкая вставка выбирается из условия

При номинальном токе двигателя 60 А номинальный ток плавкой вставки выбирается из условия

I_ПВ 180 А.

Данному условию удовлетворяет предохранитель типа ПН-2 на номинальный ток 200 А.

Изучение и анализ электрических схем, выполненных на базе электрических аппаратов и электрических машин.

№ 4.53.



Решение.

На рисунке представлена схема электропривода двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения. Схема включается выключателем S1, при этом напряжение подается в обмотку возбуждения и на катушку минимального токового реле КА2, при этом замыкается контакт КА2. После нажатия кнопки SB2 напряжение подается в промежуточное реле KL, в результате чего замыкаются контакты KL. Если контакт выключателя S2 замкнут, то далее схема будет работать в автоматическом режиме. В противном случае будет выполнен пробный пуск: двигатель будет работать, пока будет нажата кнопка SB2. Ток проходит по катушке контактора К, контакт К, имеющий дугогасительное устройство, замыкается, производится пуск двигателя.

Регулировочный резистор R1 служит для регулирования тока якоря. При коротком замыкании в этой цепи срабатывает максимальное токовое реле КА1, при этом нормально замкнутый контакт КА1 размыкается, в катушку К не подается напряжение и размыкается контакт К. При понижении напряжения в цепи обмотки срабатывает минимальное токовое реле КА2, размыкая контакт КА2, при этом также происходит размыкание контакта К. Полупроводниковый диод VD служит для защиты от перенапряжения обмотки двигателя при ее отключении. Остановка двигателя производится кнопкой SB1, при этом размыкаются контакты KL и К. Полное отключение схемы производится выключателем S1.

В цепи также имеются плавкие предохранители FU1 и FU2, служащие для защиты цепи от коротких замыканий и аварийных перегрузок.

Литература

Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

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

Электрические виды защит, используемые в автоматизированном электроприводе: Метод. указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» для студентов спец. 21.06 всех форм обучения / НГТУ: Сост.: В.П.Кириенко,1996.

Размещено на Allbest.ru

...