Основы электротехники

Внедрение форм обучения на основе информационных и компьютерных технологий. Расчет цепей переменного, постоянного тока; вращающего момента, частоты вращения двигателя. Выполнение лабораторных работ с применением компьютерных технологий и тестирования.

Рубрика Физика и энергетика
Вид методичка
Язык русский
Дата добавления 03.01.2017
Размер файла 2,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Таблица 2.11. Вращающий момент и частота вращения двигателя

S, o.e.

0.03

0.05

0.15

0.165

0.25

0. 5

0.75

0.9

1.0

n2, об/мин

1455

1425

1275

1252

1125

750

375

150

0

М, Нм

6.37

10.05

17.32

18.1

16.64

10.77

7.6

6.42

5.81

По результатам, представленным в табл. 2.11, строим (рис. 2.11) график механической характеристики асинхронного двигателя n2 =(M).

Рис. 2.11. Механическая характеристика двигателя

Линейный и фазный токи при пуске двигателя определяем из заданного соотношения этих токов к номинальному

п = 6.5 л = 6.5 5.68 = 36.92 А ; п = 6.5 ф = 6.5 3.28 = 21.32 А .

Вывод. При соединении обмотки статора асинхронного двигателя по схеме в треугольник при номинальном токе 3.28 А в режиме пуска линейный ток возрастает до 36.92 А, а фазный ток - до 21.32 А .

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [2, 18.1-18.13; 3, 10.1-10.14; 6, 12.1-12.12].

ЗАДАЧА 8. Решение задачи по теме «Трехфазные трансформаторы»

Условие задачи. В трехфазном двухобмоточном трансформаторе заданы номинальные параметры: мощность Sн; линейное напряжение первичной обмотки U; линейное напряжение вторичной обмотки U; мощность потерь холостого хода Р0; параметры упрощенной схемы замещения rк и хк, численные значения которых приводятся в табл. 2.12.

Таблица 2.12 Исходные данные

Величина

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Sн, кВА

25

40

100

160

250

250

25

160

100

63

U, кВ

6.3

10

35

10

10

35

10

35

6.3

6.3

U, кВ

0.4

0.4

0.23

0.23

0.23

0.23

0.4

0.4

0.4

0.4

P0, кВт

0.105

0.160

0.465

0.565

0.820

1.000

0.135

0.610

0.330

0.36

rк, Ом

38.14

59.23

253.4

10.84

6.20

75.9

95.12

133.9

8.30

13.5

xк, Ом

60.41

98.57

755.6

25.92

16.9

301.2

152.8

487.7

16.25

26.4

Cхема соединения обмоток

Y / Y

Y/Y

Y/

Y/

Y/

Y/

Y/Y

Y/Y

Y/Y

Y/Y

Требуется: 1) описать принцип действия трансформатора; 2) начертить схему подключения трансформатора, где в качестве потребителей принять асинхронный двигатель и осветительную нагрузку; 3) определить номинальные токи в обмотках трансформатора; 4) определить коэффициент трансформации фазных и линейных напряжений; 5) определить напряжение и мощность потерь короткого замыкания; 6) определить КПД трансформатора при значениях коэффициента нагрузки = 0 0.25 0.5 0.75 1 и соs 2 = 0.85; 7) определить напряжение U2 на зажимах вторичной обмотки при значениях коэффициента нагрузки и коэффициента мощности (2 > 0), указанных в предыдущем пункте; 8) по расчетным значениям построить графики зависимостей () и U2 ().

Методические указания. При изображении схемы включения трансформатора все элементы цепи представляются в соответствии с ГОСТ на условные изображения, которые приводятся в приложении.

Токи в обмотках трансформатора определяются из выражения номинальной мощности через фазные напряжения и токи

Sн = 3 U = 3 U ,

где U и U - фазные напряжения соответствующих обмоток, В; и - фазные токи в обмотках трансформатора, А.

При соединении обмоток трансформатора по схеме Y/ Y

U = U /; U = U /,

а при схеме соединения обмоток трансформатора Y/

U = U /; U = U2н

Коэффициенты трансформации через фазные и линейные напряжения запишутся в виде

Кф = U / U ; Кл = U / U ,

где Кф и Кл - коэффициенты трансформации фазных и линейных напряжений.

Для определения напряжения и мощности потерь короткого замыкания трансформатора воспользуемся формулами:

zк = ; U = zк ; Uк % = 100 U / U ; Pк = 31ф2 ,

где zк - полное сопротивление короткого замыкания, Ом; U1к - напряжение короткого замыкания, B; Pк - мощность короткого замыкания, Вт.

При эксплуатации трансформатора важными параметрами являются изменение вторичного напряжения и коэффициент полезного действия, для определения которых используем выражения:

U2 = Uк сos (2 - к);

% = 100,

где U2 - изменение вторичного напряжения, %; - коэффициент полезного действия трансформатора; 2 - сдвиг фаз между вектором тока и напряжения при заданной нагрузке; к - сдвиг фаз между вектором тока и напряжением при коротком замыкании, определяется из треугольника сопротивлений

еп к = чк . ккж к = фкс еп (чк . кк

Тогда напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора определяется формулой

U2 = (1 - U2 / 100) U,

где U2 - действительное напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора, В.

Пример. Трехфазный двухобмоточный трансформатор имеет следующие номинальные данные: мощность Sн =25 кВА; напряжение первичной обмотки U = 10 кВ; напряжение вторичной обмотки U =230 В; мощность потерь холостого хода P0= 0.130 кВт; параметры упрощенной схемы замещения rк = 98.25 Ом, xк = 158.6 Ом. Схема соединения обмоток - Y/.

Требуется определить: 1) номинальные токи в обмотках трансформатора; 2) коэффициент трансформации через фазные и линейные напряжения; 3) напряжение и мощность короткого замыкания; 4) коэффициент полезного действия при коэффициенте нагрузки = 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 и cos 2 = 0.78; 5) напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при значениях коэффициента нагрузки и коэффициенте мощности (2 > 0), указанных в пункте 4.

Решение. При соединении обмоток трансформатора по схеме Y/ фазные напряжения определяются

U = U / = 10 /= 5.77 кВ; U = U = 230 В.

Номинальные токи в обмотках трансформатора определяется выражением

= 1.444 А; = = 36.23 А.

Коэффициент трансформации через фазные и линейные напряжения

Кф = U / U = 5.77 / 0.23 = 25; Кл = U / U = 10 / 0.23 = 43.

Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора

zк = = = 186.57 Ом.

Напряжение короткого замыкания трансформатора

U = zк = 1.444 186.57 = 269.4 В,

а в процентах от номинального напряжения

uк % = 100 = 100 = 4.67 % .

Мощность короткого замыкания трансформатора

Pк = 3 rк = 3 1.4442 98.25 = 614.4 Вт.

Вычислим коэффициент полезного действия трансформатора, при значении коэффициента нагрузки = 0.2 и сos 2 = 0.78, выражением

= = 96.2% .

Для других значений коэффициента нагрузки КПД трансформатора вычисляется аналогичным образом, а результаты сводятся в табл. 2.13.

Таблица 2.13. Кпд и напряжение трансформатора при cos 2 = 0.78

, о.е.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

, %

96.2

97.1

97.0

96.7

80.1

U2, В

228

226

224

222

220

U2, %

0.85

1.70

2.55

3.42

4.26

Рассчитаем процентное изменение напряжения для этих же параметров нагрузки

tg к = xк / rк = 158.6 / 98.25 = 1.614; к = 58.240; 2 = 38.740,

U2 = Uк сos (2 - к) = 0.2 4.67 сos (38.740 - 58.240) = 0.9 %.

Тогда напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора

U2 = (1 - U2 / 100) U = (1 - 0.9/100) 230 = 228 В.

Для других значений коэффициента нагрузки напряжение вычисляется аналогичным образом, а результаты также сводятся в табл. 2.13.

По результатам табл. 2.13 можно построить в одной координатной сетке графические зависимости () и U2().

Вывод. При включении активно-индуктивной нагрузки (cos 2 = 0.78) напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора уменьшается.

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [2, 13.1-13.6, 13.10; 3, 8.1-8.7, 8.10-8.11; 6, 11.1-11.8].

ЗАДАЧА 9. Решение задачи по теме «Двигатели постоянноготока параллельного возбуждения»

Условие задачи. В двигателе постоянного тока параллельного возбуждения заданы номинальные параметры: напряжение на зажимах двигателя Uн, мощность Рн, частота вращения nн, коэффициент полезного действия н, сопротивление обмотки возбуждения rв, сопротивление обмотки якоря rа, численные значения которых приводятся в табл. 2.14.

Таблица 2.14. Исходные данные

Величина

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uн, В

110

110

220

220

220

110

110

220

220

220

Рн, кВт

6

8

11

14

19

25

32

55

75

100

nн, об/мин

750

1000

500

500

600

750

1000

1500

750

1500

н, %

83.5

86

80.0

83.5

82.5

83.0

84.5

87.4

88.0

89.5

rв, Ом

75

42.4

44

44

44

11

11

44

28

37.8

rа , Ом

0.122

0.064

0.289

0.289

0.164

0.025

0.016

0.030

0.024

0.013

Требуется: 1) начертить схему подключения двигателя к источнику постоянного напряжения с указанием приборов для измерения токов и напряжения; 2) описать принцип действия двигателя постоянного тока и способы пуска; 3) определить мощность, потребляемую двигателем из сети, и противо-ЭДС в обмотке якоря; 4) определить ток в якоре и обмотке возбуждения для номинального режима; 5) определить пусковой ток и сопротивление пускового реостата при кратности тока

п/н = 2.5;

6) определить номинальный момент на валу двигателя; 7) определить частоту вращения, а также мощность потерь в цепях якоря и возбуждения при значениях сопротивления реостата rрв в цепи возбуждения: 0, 0.3, 0.7, 1.2, 1.5 rрв; 8) построить графики зависимостей частоты вращения n и суммарных электрических потерь Pя +Pв в цепях якоря и возбуждения от сопротивления в цепи возбуждения.

Методические указания. При решении задачи реакцией якоря и током холостого хода можно пренебречь, а основные расчетные формулы принять из задачи 6.

Пусковой ток и сопротивление пускового реостата определяем на основе закона Ома формулой

п = Uн / rа ; 'п = Uн / (rа + rп),

где п и 'п - токи при пуске двигателя соответственно без пускового реостата и с реостатом, А; rп - сопротивление пускового реостата, Ом.

Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется реостатом в цепи возбуждения при постоянном моменте сопротивления, равном номинальному. Для определения частоты вращения двигателя при заданном сопротивлении в цепи возбуждения необходимо воспользоваться уравнением скорости

nн = ;

n = ,

где К - коэффициент уменьшения магнитного потока.

Коэффициент уменьшения магнитного потока зависит от величины сопротивления реостата в цепи возбуждения и определяется выражением

К = Фр / Ф,

где Фр и Ф - магнитные потоки соответственно при наличии или отсутствии реостата в цепи возбуждения, определяются по кривой намагничивания Ф =(в), график которой необходимо построить по данным табл. 2.15.

Таблица 2.15. Кривая намагничивания

Ф, %

5

55

74

88

96

100

103

106

в, %

0

20

40

60

80

100

120

140

Ток в цепи возбуждения при наличии регулировочного реостата
вр = ;
в% = 100%.
Электрические потери в цепи якоря двигателя и в цепи возбуждения при наличии реостата

Pа = rа; Pв = (rв + rвр),

где Pа и Pв - электрические потери в цепи якоря и возбуждения, Вт.

Cуммарные электрические потери в цепи якоря и возбуждения

P = Pа + Pв,

где P - суммарные электрические потери в двигателе, Вт.

Пример. Двигатель параллельного возбуждения имеет следующие номинальные параметры: Uн =110 В; Pн = 5 кВт; nн = 750 об/мин; н = 82 %; rа = 0.1234 Ом; rв = 76 Ом.

Требуется определить: 1) мощность, потребляемую из сети, и противо-ЭДС в обмотке якоря; 2) ток в цепи якоря и обмотке возбуждения для номинального режима; 3) пусковой ток и сопротивление пускового реостата при кратности п/н = 3; 4) номинальный момент на валу двигателя; 5) частоту вращения и мощность потерь в цепях якоря и возбуждения при значениях сопротивления реостата rрв в цепи возбуждения: 0 - 0.5 - 1.0 - 1.5 - 2 rв.

Решение. Рассчитаем мощность, потребляемую двигателем, по формуле

Р1 = = 6.09 кВт.

Ток, потребляемый двигателем из сети, и ток в цепи возбуждения

н = = 55.36 А;

в = = 1.45 А.

Ток в цепи якоря находим по первому закону Кирхгофа

а = н - в = 55.36 - 1.45 = 53.91 А.

Противо-ЭДС в обмотке якоря

Еа = Uн - а rа = 110 - 53.91 0.1234 =103.35 В.

Находим ток при пуске двигателя и сопротивление пускового реостата при заданной кратности тока

п = = 891.4 А; 'п = 3 а;

rп = = 0.556 Ом.

Определяем номинальный момент двигателя

Мн = 0.975 = 0.975 = 6.49 кГм.

Находим ток в цепи возбуждения при сопротивлении rрв = 0.5 rв

вр = = 0.965 А;

в% = 100% = 100% = 66.5 %.

По кривой намагничивания Ф(в) (табл. 2.15) определяем магнитный поток, соответствующий току возбуждения в = 0.965 А, т.е. Фр = 0.89 Ф.

Тогда коэффициент уменьшения магнитного потока при введении сопротивления в цепь возбуждения

К = = = 0.89.

Частота вращения двигателя при данном сопротивлении в цепи возбуждения

n = = 842.69 об/мин.

Мощность потерь в цепи возбуждения

Рв = (rв + rвр) = 0.9652 (76 + 0.5 76) = 106.16 Вт.

Мощность потерь в цепи якоря не зависит от величины сопротивления реостата в обмотке возбуждения, определяется выражением

Ра = rа = 53.912 0.1234 = 358.6 Вт,

а суммарная мощность потерь в цепи якоря и возбуждения определяется

Р = Рв + Ра = 106.16 + 358.6 = 464.76 Вт.

Аналогичным образом вычисляются эти величины при других заданных значений сопротивления реостата в цепи возбуждения, а результаты сводятся в табл. 2.16.

Таблица 2.16. Потери мощности и частота вращения двигателя в зависимости от сопротивления реостата

rвр/ rв

0

0.5

1.0

1.5

2

n ,об/мин

750

842.69

903.6

1013.5

1086.9

Рв, Вт

159.79

106.16

79.45

63.69

52.96

Р, Вт

528.39

464.76

438.05

422.3

411.56

в, А

1.45

0.965

0.723

0.579

0.482

По данным табл. 2.16 строим графики n (rвр/rв) и Р(rвр/rв) в одной координатной системе.

Вывод. При изменении сопротивления в цепи возбуждения частота вращения двигателя увеличивается от 750 об/мин до 1086.9 об/мин, а суммарные электрические потери уменьшаются на 20 %.

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [2, 17.1-17.10, 17.15-17.16; 3, 9.1-9.5, 9.11-9.19; 6, 14.1-14.5, 14.10-14.16].

ЗАДАЧА 10. Решение задачи по теме «Трехфазный асинхронный двигатель c короткозамкнутым ротором»

Условие задачи. Трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением Uл. Заданы параметры двигателя: номинальный момент Мн, частота вращения nн, ток н и коэффициент мощности cos при номинальной нагрузке, кратность максимального момента Ммах / Мн. Численные значения этих величин приводятся в табл. 2.17. Номинальное фазное напряжение обмотки статора U = 220 В.

Требуется: 1) описать принцип действия асинхронного двигателя и начертить схему подключения асинхронного двигателя к трехфазной сети; 2) определить способ соединения обмотки статора; 3) определить число пар полюсов обмотки статора и номинальное скольжение; 4) определить коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и критическое скольжение; 5) определить частоту вращения двигателя при моменте сопротивления Мс = 1.4 Мн; 6) определить пусковой момент асинхронного двигателя при снижении напряжения в сети на 8 % .

Таблица 2.17. Исходные данные

Величина

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uл, В

220

380

220

380

220

380

220

380

220

380

Мн, Нм

490

260

402

536

516

180

71.5

288

143

731

nн, об/мин

585

1470

2970

980

740

2975

2940

730

1470

980

н, А

109

75

388

101

130

102

72

45

71.5

137

cоs

0.80

0.89

0.90

0.90

0.89

0.9

0.91

0.84

0.9

0.90

Mмах / Mн

1. 7

2.0

2.2

1.8

1.7

2.2

2.5

2.0

2.3

1.8

Методические указания. При решении задачи рекомендуем воспользоваться формулами, приведенными в задаче 7.

Для определения коэффициента полезного действия асинхронного двигателя необходимо вычислить на основе заданных параметров активную мощность Р1, потребляемую из сети, и полезную мощность на валу двигателя Р2

Р1 =Uл л cоs , Вт; Р2 = Mн nн / 9.55, Вт.

где л = н - ток, потребляемый двигателем из сети, А.

Частоту вращения двигателя при моменте сопротивления Мс = 1.4 Мн определяем по формуле Клосса

Sкр=Sн мах + ).

Вращающий момент в асинхронном двигателе зависит от квадрата фазного напряжения. В связи с этим понижение напряжения в сети отрицательно сказывается на работе машины, уменьшает пусковой и максимальный моменты. При постоянном моменте сопротивления это приводит к изменению скольжения, значение которого определяется также по формуле Клосса.

Пример. В трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором заданы номинальные параметры: полезный момент Мн = 450 Нм, частота вращения nн = 975 об/мин, ток н = 90 А, коэффициент мощности cos = 0.87, при номинальной нагрузке, кратность максимального момента Ммах / Мн = 2, номинальное фазное напряжение обмотки статора U = 220 В, питается от сети с линейным напряжением Uл = 380 В.

Требуется определить: 1) способ соединения обмотки статора; 2) число пар полюсов и номинальное скольжение; 3) коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке и критическое скольжение; 4) частоту вращения двигателя при моменте сопротивления Мс = 1.2 Мн; 5) пусковой момент асинхронного двигателя при снижении напряжения в сети на 12 %.

Решение. Обмотку статора асинхронного двигателя соединяем по схеме в «звезду», так как линейное напряжение в сети 380 В, а в фазе двигателя-220 В.

При заданной частоте вращения двигателя n2 = nн = 975 об/мин, синхронная скорость n1 = 1000 об/мин, а число пар полюсов

p = = = 3.

Номинальное скольжение асинхронного двигателя определяется формулой

Sн= = = 0.025.

Активная мощность, потребляемая двигателем из сети, рассчитывается выражением

Р1 =Uл л cоs = 380 90 0.87 = 51.53 кВт.

Полезная мощность на валу двигателя

Р2 = = 45.89 кВт.

Коэффициент полезного действия

% = 100 = 89 %.

Критическое скольжение определяется из формулы Клосса для номинального режима работы асинхронного двигателя

Sкр = Sн мах + ) = 0.025 (2 + ) =0.093.

На максимальный момент, соответствующий критическому скольжению, равен

Ммах = Кмах Мн = 2 450 = 900 Нм.

Скольжение асинхронного двигателя при заданном статическом моменте Мс = 1.2 Мн определяется также на основе уравнения Клосса

1.2 Мн = .

После преобразования получим квадратное уравнение, где неизвестным является скольжение

1.2 Мн S2 - 2 Ммах S Sкр + 1.2 Мн Sкр2 = 0.

Решением этого квадратного уравнения является два корня

S1,2 = ,

А = 4 М S - 1.2 4.8 М н 2S = 4 9002 0.0932 - 1.2 4.8 4502 0.0932 = 17934,

S1,2 = ;

S1 = = 0.279;

S2 = = 0.031.

Принимаем скольжение S = 0.031, а частота вращения асинхронного двигателя определится

n2 = n1 (1 - S) = 1000 (1 - 0.031) = 969 об/мин.

Пусковой момент асинхронного двигателя при номинальном напряжении в сети определится на основе формулы Клосса, где скольжение при пуске равно единице

Мп = = = 166.05 Нм.

При понижении напряжения в сети на 12% напряжение на двигателе составит 0.88 Uн. Пусковой момент с учетом квадратичной зависимости от напряжения составит 0.882 Мп и будет равен 136.66 Нм, что на 22.6 % меньше пускового момента при номинальном напряжении.

Вывод. В асинхронном двигателе колебания напряжения в сети приводят к значительным изменениям вращающего момента, что отрицательно сказывется на режиме пуска двигателя, а в рабочем режиме увеличивает потери и уменьшает коэффициент полезного действия машины.

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [2, 18.1-18.13; 3, 10.1-10.14; 6, 12.1-12.12].

ЗАДАЧА 11. Решение задачи по теме «Трехфазные трансформаторы»

Условие задачи. В трехфазном двухобмоточном трансформаторе с соедин ением обмоток по схеме Y/ заданы номинальные параметры: мощность Sн; линейное напряжение первичной обмотки U; линейное напряжение вторичной обмотки U2н; мощность потерь короткого замыкания Рк; напряжение короткого замыкания uк; ток холостого хода i0; кпд при коэффициенте нагрузки = 0.5 и соs 2 = 0.8. Численные значения параметров приводятся в табл. 2.18.

Таблица 2.18. Исходные данные

Величина

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Sн, кВА

250

250

160

1600

100

63

160

1000

40

25

U, кВ

35

10

10

10

35

6.3

35

35

6.3

6.3

U, кВ

0.23

0.23

0.23

0.23

0.4

0.4

0.4

0.23

0.23

0.4

Pк, кВт

3.885

3.885

2.783

18.9

1.970

1.350

2.800

12.8

0.880

0.60

uк, %

6.5

4.5

4.5

5.5

6.5

4.7

6.6

6.5

4.5

4.5

i0, %

2.3

2.3

2.4

1.3

2.6

4.5

2.4

1.5

4.5

3.2

, %

98.1

98.2

98.1

98.8

97.7

97.3

98.0

98.5

97.2

97.5

Требуется: 1) описать принцип действия трансформатора; 2) начертить схему подключения трансформатора, где нагрузкой являются два асинхронных двигателя; 3) определить номинальные токи в обмотках трансформатора; 4) определить коэффициент трансформации фазных и линейных напряжений; 5) определить мощность потерь холостого хода; 6) определить параметры упрощенной схемы замещения трансформатора; 7) определить коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода; 8) определить коэффициент нагрузки при максимальном КПД и значение этого параметра.

Методические указания. Для определения номинальных токов в обмотках трансформатора и коэффициентов трансформации необходимо воспользоваться расчетными формулами, приведенными в задаче 8.

Расчет мощности потерь холостого хода в трансформаторе проводится на основе выражения коэффициента полезного действия

= 100,

где Р2 = S cos 2 - полезная мощность, кВт;

Р = 2 Рк + Р0 -

суммарные потери мощности в трансформаторе, кВт ; Р0 - мощность потерь холостого хода в трансформаторе, кВт.

Из этого выражения определяется мощность потерь холостого хода

Р0 = - 2 Рк.

Параметрами упрощенной схемы замещения трансформатора являются активное rк и индуктивное xк сопротивления обмоток

rк = r1 + r'2; r1 = r'2 = rк / 2; xк = x1 + x'2; x1 = x'2 = xк / 2,

где r1 и x1 - активное и индуктивное сопротивления фазы первичной обмотки трансформатора, Ом; r'2 и x'2 - приведенное активное и индуктивное сопротивления фазы вторичной обмотки трансформатора, Ом.

Активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора определяются из выражения мощности короткого замыкания и треугольника короткого замыкания

Pк = 3 1ф2 rк; zк = ,

где - ток в первичной обмотке трансформатора, А;

zк = Uк / - полное сопротивление короткого замыкания трансформатора, Ом;

Uк - напряжение короткого замыкания трансформатора, определяемое выражением, В

Uк = U.

Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода определяется из выражения

Р0 = 3 U 10 соs 0,

где соs 0 - коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода; 10 = i0% / 100 - ток холостого хода трансформатора, А.

Условием максимального кпд трансформатора является равенство электрических и магнитных потерь, а выражение коэффициента нагрузки примет вид

2 Рк = Р0; =.

Численное значение этого кпд определяется из формулы

мах= 100,

Пример. Трехфазный двухобмоточный трансформатор имеет следующие номинальные данные: мощность Sн = 25 кВА; линейное напряжение первичной обмотки U = 6.3 кВ; линейное напряжение вторичной обмотки U = 0.23 кВ; мощность короткого замыкания Рк = 0.55 кВт; напряжение короткого замыкания uк = 4.5%; ток холостого хода i0 = 3%; при коэффициенте нагрузки = 0.4 и соs 2=0.85 кпд =96.5%; схема соединения обмоток Y/.

Требуется определить: 1) номинальные токи в обмотках трансформатора; 2) коэффициенты трансформации фазных и линейных напряжений; 3) мощность потерь холостого хода; 4) параметры упрощенной схемы замещения трансформатора; 5) коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода; 6) коэффициент нагрузки при максимальном кпд и значение этого параметра.

Решение. Вычислим фазные напряжения при соединении обмоток трансформатора по схеме Y/

U = U /= 6.3/= 3.64 кВ; U = U= 0.23 кВ.

Номинальные токи в обмотках трансформатора

= = 2.29 А;

= = 36.23 А.

Коэффициенты трансформации через фазные напряжения и линейные напряжения определяются по формулам

Кф = U/ U = 3.64 / 0.23 = 16; Кф = U / U = 6.3 / 0.23 = 27.

Для определения мощности потерь холостого хода вычислим полезную мощность трансформатора

P2 = Sн соs 2 = 0.4 25 0.85 = 8.5 кВт.

Тогда потери мощности в режиме холостого хода определятся

Р0 = - 2 Рк = - 0.42 0.55 = 0.22 кВт.

Активные сопротивления обмоток трансформатора вычислим по формулам

rк = = = 34.95 Ом;

r1 = r'2 = = 17.48 Ом.

Индуктивные сопротивления обмоток трансформатора

Uк = U = 3640 = 163.8 В;

Zк = = 71.5 Ом.

xк === 63.37 Ом; x1 = x'2 = xк/2 = 63.37/2 = 31.68 Ом

Коэффициент мощности трансформатора в режиме холостого хода рассчитывается выражением

10 = = 2.29 = 0.068 А;

соs 0 = = = 0.26 .

Коэффициент нагрузки при максимальном КПД

=== 0.63.

Максимальное значение кпд трансформатора

мах = = = 96.88 %.

Вывод. В режиме холостого хода трансформатор имеет низкий коэффициент мощности и составляет соs 0 = 0.26.

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [2, 13.1-13.6, 13.10; 3, 8.1-8.7, 8.10-8.11; 6, 11.1-11.8].

ЗАДАЧА 12. Решение задачи по теме «Расчет трехфазных сетей»

Условие задачи. Cиловой распределительный щит стройплощадки питается от трехфазной четырехпроводной линии напряжением 380/220 В. Вид, протяженность и материал проводов линии, способ прокладки кабельной линии, а также характер и мощность приемников электрической энергии приводятся в табл. 2.19. В качестве потребителей применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при cos = 0.8 и осветительная нагрузка.

Требуется: 1) определить реактивную мощность каждого приемника и полную мощность всей нагрузки; 2) определить расчетный ток; 3) выбрать стандартное сечение провода (воздушная линия или кабель) по допустимому нагреву; 4) выполнить проверку сечения проводов по потере напряжения.

Таблица 2.19. Исходные данные

Вари ант

Вид линии

Материал

проводов и жил

кабелей

Протяженность, м

Мощность двигателей, кВт

Мощность осв. наг рузки, кВт

1

Воздушная

Сталеалюминий

140

60

20

2

Кабельная в возд.

Алюминий

75

80

30

3

Кабельная в земле

Медь

85

70

25

4

Воздушная

Алюминий

130

55

28

5

Кабельная в возд.

Медь

150

70

32

6

Кабельная в возд.

Алюминий

120

85

34

7

Воздушная

Сталеалюминий

150

65

36

8

Кабельная в возд.

Медь

135

80

27

9

Кабельная в земле

Алюминий

125

60

31

0

Воздушная

Алюминий

135

65

23

Методические указания. Работа приемников электрической энергии (источников света, электродвигателей и т.д.) зависит от качества электрической энергии, а именно, от величины подводимого к ним напряжения. При протекании тока в линии возникают потери напряжения, что приводит к отклонению величины напряжения от номинального. При этом под потерей напряжения U понимают разность действующих значений напряжений в начале линии U1 и в конце линии U2.

ГОСТ 13109-67 на качество электрической энергии допускает отклонение напряжения на зажимах приборов рабочего освещения -2.5 +5 % номинального, а на зажимах электродвигателей и аппаратов - 5+10 % от номинального.

Потери напряжения зависят от сечения проводов. Поэтому при расчете линии, выборе сечения проводов и жил кабеля необходимо учитывать допустимые потери напряжения.

Потеря напряжения, выраженная в процентах от номинального, для трехфазной системы

U% = (Pr0 + Qx0) 105,

где U% - потеря напряжения; Uн - номинальное линейное напряжение на потребителе, В; L - длина линии, км; r0, x0 - активное и реактивное сопротивление 1 км провода линии, Ом/км; Р и Q - активная и реактивная мощности приемника, кВт и квар.

Активное сопротивление 1 км провода линии

r0 = 1000 / q ,

где - удельное электрическое сопротивление материала провода, Оммм2/м (для меди = 0.0175 Оммм2/м, для алюминия = 0.0283 Оммм2/м); q - площадь поперечного сечения провода, мм2.

Индуктивное сопротивление воздушной линии напряжением до 10 кВ с медными и алюминиевыми проводами находится в пределах x0= 0.350.4 Ом/км, а для кабельных линий x0= 0.070.08 Ом/км.

Выражение потерь в линии можно преобразовать так, чтобы по заданной потере напряжения определить необходимое сечение проводов

q = .

Если в конце линии включено несколько потребителей, имеющих различный коэффициент мощности, то активная и реактивная мощности определяются как

P =;

Q =,

где к - номер потребителя; n - количество потребителей.

Реактивная мощность каждого потребителя определяется по активной мощности и коэффициенту мощности

Qк = Рк tg к.

Далее определяем полную мощность всей нагрузки и расчетный ток

S =;

р = ,

где S - полная мощность приемника, кВА; р - расчетный ток в линии, А.

По табл. 2.20 и 2.21 выбираем стандартное сечение, соответствующее ближайшему большему току по условию доп р, где доп - ток, соответствующий выбранному сечению провода и удовлетворяющий допустимому нагреву и требованиям механической прочности, А.

Таблица 2.20. Токовые нагрузки на четырехжильные кабели до 1 кВ

Сечение жилы, мм2

Алюминиевая жила и способ прокладки

Медная жила и способ прокладки

в земле

в воздухе

в земле

в воздухе

4

38

27

50

35

6

46

35

60

45

10

65

45

85

60

16

90

60

115

80

25

115

75

150

100

35

135

95

175

120

50

165

110

215

145

70

200

140

265

185

95

240

165

310

215

120

270

200

350

260

150

305

230

395

300

185

345

260

450

340

Таблица 2.21. Допустимые длительные токовые нагрузки на провода, прокладываемые вне помещений по ГОСТ 839-59 (допустимый нагрев +700 С при температуре воздуха +25 0С)

Алюминиевые

Сталеалюминиевые

Марка провода

Ток, А

Марка провода

Ток, А

Марка провода

Ток, А

А - 16

105

АС - 10

80

АС0 - 150

450

А - 25

135

АС - 16

105

АС0 - 185

505

А - 35

170

АС - 25

130

АС0 - 240

605

А - 50

215

АС - 35

175

АС0 - 300

690

А - 70

265

АС - 50

210

АС0 - 400

825

А - 95

320

АС - 70

265

АС0 - 500

945

А - 120

375

АС - 95

330

АС0 - 600

1050

А - 150

440

АС - 120

380

АС0 - 700

1220

А - 185

500

АС - 150

445

АСУ - 120

375

А - 240

590

АС - 185

510

АСУ - 150

450

А - 300

680

АС - 240

610

АСУ - 185

515

А - 400

815

АС - 300

690

АСУ - 240

610

А - 500

880

АС - 400

835

АСУ - 300

705

А - 600

930

АСУ - 400

850

После этого линию проверяем по потере напряжения. Если значение этого напряжения лежит в пределах, допустимых ГОСТ 13109-67, то выбранное сечение принимаем, иначе определяем сечение проводов по допустимой потере напряжения и по табл. 2.20 и 2.21 выбираем ближайшее бьльшее стандартное сечение

q доп q ,

где q доп - стандартное сечение провода, удовлетворяющее допустимой потере напряжения, мм2.

Пример. Трехфазная четырехпроводная воздушная линия питает силовой распределительный щит строительной площадки. Протяженность линии 155 м, материалом является алюминиевый провод, а нагрузкой служат бетономешалки, транспортеры и подъемные краны, приводимые в движение асинхронными двигателями. Суммарная мощность двигателей 70 кВт при коэффициенте мощности cos = 0.78. Осветительная нагрузка мощностью 25 кВт распределена симметрично (равномерно) по фазам.

Требуется: 1) определить реактивную мощность каждого приемника и полную мощность всей нагрузки; 2) определить расчетный ток; 3) выбрать сечение проводов воздушной линии; 4) выполнить проверку сечения проводов по потере напряжения.

Решение. Так как в конце линии включено два вида потребителей (асинхронные двигатели и осветительная нагрузка), то суммарная активная мощность

P = P1 + P2 = 70 +25 = 95 кВт.

Реактивная мощность потребляется только асинхронными двигателями, так как при осветительной нагрузке коэффициент мощности cos =1

Q = P1 tg 1 = 70 tg 320 =70 0.795 = 55.65 квар.

Полная мощность всей нагрузки и расчетный ток в линии определяются по формулам

S = = = 110.1 кВА.

р = = = 167.3 А.

По табл. 2.21 принимаем сталеалюминиевый провод марки АС-35 при допустимом длительном токе 175 А, сечением 35 мм2

доп =175 А; р =167.3 А; q = 35 мм2.

Активное сопротивление 1 км провода воздушной линии

r0 = 1000 /q = 1000 0.0283/ 35 =0.808 Ом/км.

Индуктивное сопротивление воздушной линии x0 = 0.38 Ом/км. Тогда потеря напряжения, выраженная в процентах от номинального напряжения, определяется по формуле

U% = - (Pr0 + Qx0)105 = (95 0.808 + 55.65 0.38)105 = +10.1 %.

В данном случае потери напряжения +10.1 % выше допустимого, так как ГОСТ 13109-67 для осветительной нагрузки допускает отклонение напряжения +5 %. Следовательно, определяем сечение проводов по допустимым потерям

q = = = 105.7 мм2.

По табл. 12.3 выбираем провод марки АС-120 стандартным сечением 120 мм2, удовлетворяющим допустимой потери напряжения

q доп q; 120 мм2 > 105.7 мм2.

Вывод. Для энергоснабжения потребителей на строительной площадке (осветительная нагрузка и асинхронные двигатели) с учетом допустимого ГОСТ 13109-67 отклонения напряжения +5 % выбираем сталеалюминиевый провод марки АС-120, площадь поперечного сечения которого в 3.5 раза превышает сечение, выбранное по допустимому нагреву.

Теоретический материал и примеры расчета приводятся в [7, 5.3].

компьютерный обучение двигатель

3. Цикл лабораторных работ

Общие рекомендации по выполнению лабораторных работ и технике безопасности.

Лабораторные работы по электротехнике необходимы для углубления теоретических знаний студентов-заочников, ознакомления с устройством и характеристиками электрических приборов и машин, а также для развития умений анализировать результаты опытов, судить о рабочих свойствах и пригодности электрических устройств для решения практических задач.

Для наиболее эффективного использования учебного времени в лаборатории каждый студент-заочник должен изучить теоретический материал по лекционному курсу и учебной литературе, иметь рабочую тетрадь и вычислительные устройства для обработки результатов наблюдений.

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты-заочники, ознакомившиеся с правилами работы в лаборатории, прошедшие инструктаж безопасности.

Лабораторные работы проводятся фронтальным методом подгруппами из двух-трех человек, где один оформляет таблицу приборов и паспортные данные электрических машин (табл. 3.1), а другие готовят расчетную таблицу и собирают рабочую схему.

На первом этапе сборки схемы необходимо собрать последовательную цепь (из проводов большего сечения), а затем подключить параллельные цепи с соответствующими приборами более тонкими проводами.

Включение схемы под напряжение разрешается только после проверки ее преподавателем или лаборантом. После каждого изменения схема должна быть снова проверена.

Перед началом работы приборы с несколькими пределами измерений должны быть включены на максимальный предел измерения, а после пробного включения - на предел, соответствующий положению стрелок прибора во второй части шкалы. Показания всех приборов фиксируются в делениях шкалы прибора с указанием цены деления.

Результаты измерений по каждому опыту (не менее 6-7 точек) необходимо показать преподавателю. После завершения всех опытов рабочая тетрадь предъявляется преподавателю для проверки. Если результаты опытов будут признаны неудовлетворительными, то работа выполняется повторно. По окончании лабораторной работы и проверки данных схема разбирается, а рабочее место приводится в порядок.

Отчеты по лабораторным работам оформляются в одной тетради, первый лист которой является титульным, где указывается название вуза и кафедры, шифр, фамилия и инициалы студента.

В содержание отчета должны быть включены разделы: 1) описание цели работы; 2) перечень исследуемого оборудования и спецификация измерительных приборов, составленная в виде табл. 3.1; 3) электрическая схема; 4) основные расчетные формулы; 5) таблица с записью результатов эксперимента и вычислений; 6) графики зависимостей и векторные диаграммы; 7) краткие выводы по работе.

Таблица 3.1. Спецификация измерительных приборов

Наименование

прибора

Заводской

номер

Условное

обозначение

Класс

точности

Пределы

измерения

Цена

деления

Схемы и таблицы рекомендуется выполнять карандашом с применением чертежных инструментов в соответствии с условными обозначениями (см. прил. 2). Графики и диаграммы следует представлять в определенном масштабе размером не менее 80х80 мм, желательно на миллиметровой бумаге. При построении графиков по оси абсцисс в масштабе откладывают независимую переменную. Если в одних координатных осях строят несколько графиков, то следует провести дополнительные оси параллельно основной, каждую со своим масштабом.

Результаты лабораторного эксперимента представляются на соответствующем графике в виде точек, после чего проводится плавная кривая, изображающая исследуемую функциональную зависимость.

На основе анализа экспериментальных данных необходимо сделать выводы, в которых указывается, какие теоретические положения подтверждаются результатами опытов испытуемых электроустановок, дать рекомендации по целесообразной эксплуатации отдельных элементов электрооборудования.

Подготовка к лабораторным работам предполагает самостоятельную проработку теоретического материала. В связи с этим в пособии приводится минимум информации, рассчитанный на определенный уровень компьютерной подготовки студента-заочника, так как отдельн...


Подобные документы

  • Двигатели постоянного тока, их применение в электроприводах, требующих широкого плавного и экономичного регулирования частоты вращения, высоких перегрузочных пусковых и тормозных моментов. Расчет рабочих характеристик двигателя постоянного тока.

    курсовая работа [456,2 K], добавлен 12.09.2014

  • Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.

    курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013

  • Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.

    курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015

  • Электрические цепи постоянного тока. Электромагнетизм. Однофазные и трехфазные цепи переменного тока. Электрические машины постоянного и переменного тока. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ "Расчет линейных цепей постоянного тока".

    методичка [658,2 K], добавлен 06.03.2015

  • Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока посредством изменения потока возбуждения. Максимально-токовая защита электропривода. Скоростные характеристики двигателя. Схемы силовых цепей двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 30.03.2014

  • Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013

  • Двигатели с независимым и с параллельным возбуждением и с постоянными магнитами. Скоростные и механические характеристики. Свойство саморегулирования вращающего момента в соответствии с противодействующим моментом. Способы регулирования частоты вращения.

    контрольная работа [262,8 K], добавлен 25.07.2013

  • Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.

    методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009

  • Расчет электрических цепей переменного тока и нелинейных электрических цепей переменного тока. Решение однофазных и трехфазных линейных цепей переменного тока. Исследование переходных процессов в электрических цепях. Способы энерго- и материалосбережения.

    курсовая работа [510,7 K], добавлен 13.01.2016

  • Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Определение тока в ветвях по законам Кирхгофа. Суть метода расчета напряжения эквивалентного генератора. Проверка выполнения баланса мощностей. Расчет однофазной электрической цепи переменного тока.

    контрольная работа [542,1 K], добавлен 25.04.2012

  • Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.

    курсовая работа [4,4 M], добавлен 14.05.2010

  • Особенности управления электродвигателями переменного тока. Описание преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока на основе автономного инвертора напряжения. Динамические характеристики САУ переменного тока, анализ устойчивости.

    курсовая работа [619,4 K], добавлен 14.12.2010

  • Определение индуктивность между цепью якоря и цепью возбуждения двигателя. Расчет индуктивности обмотки возбуждения, реактивного момента и коэффициента вязкого трения. График изменения момента и скорости вращения вала двигателя в функции времени.

    лабораторная работа [107,2 K], добавлен 14.06.2013

  • Решение линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Схема замещения электрической цепи, определение реактивных сопротивлений элементов цепи. Нахождение фазных токов.

    курсовая работа [685,5 K], добавлен 28.09.2014

  • Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012

  • Анализ и расчет линейных электрических цепей постоянного тока. Первый закон Кирхгоффа. Значение сопротивления резисторов. Составление баланса мощностей. Расчет линейных электрических однофазных цепей переменного тока. Уравнение гармонических колебаний.

    реферат [360,6 K], добавлен 18.05.2014

  • Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.

    реферат [122,8 K], добавлен 27.07.2013

  • Предварительный выбор и расчет двигателя постоянного тока. Определение его среднеквадратичного момента и предварительной мощности. Математическая модель двигателя независимого возбуждения. Потери при пуске и торможении. Определение средневзвешенного КПД.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.06.2015

  • Основные законы и методы анализа линейных цепей постоянного тока. Линейные электрические цепи синусоидального тока. Установившийся режим линейной электрической цепи, питаемой от источников синусоидальных ЭДС и токов. Трехфазная система с нагрузкой.

    курсовая работа [777,7 K], добавлен 15.04.2010

  • Номинальные скорость и мощность, индуктивность обмотки якоря, номинальный момент. Электромагнитная постоянная времени. Сборка модели двигателя постоянного тока. Задание параметров электрической части двигателя, механической части момента инерции.

    лабораторная работа [282,5 K], добавлен 18.06.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.