Специальный курс электромеханических преобразователей энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

ПОСОБИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине «Специальный курс электромеханических преобразователей энергии»

для магистров направления

13.04.04 «Электроэнергетика и электротехника»,

Воронеж 2018

Составители: канд. техн. наук Ю.В. Писаревский,

канд. техн. наук А.Ю. Писаревский

УДК 621.317.3 (07)

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Специальный курс электромеханических преобразователей энергии» для магистров направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» по программе «Разработка и исследование специальных электромеханических преобразователей» заочной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Ю.В. Писаревский, А.Ю. Писаревский. Воронеж, 2018. 15 с.

Методические указания содержат краткие теоретические пояснения к выполнению курсового проекта, варианты заданий и рекомендации по использованию литературных источников при выполнении расчетов.

Табл. 3. Ил. 1. Библиогр.: 3 назв.

Рецензент канд. техн. наук, профессор К.Е. Кононенко

Ответственный за выпуск зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В.П. Шелякин

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ГОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018

Введение

курсовой электроэнергетика университет преобразователь

Основу электровооруженности труда обеспечивают электрические машины, являющиеся основным элементом любой энергетической установки. Поэтому дисциплина «Специальный курс электромеханических преобразователей энергии» в равной степени является основным для всего направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника».

К изучению специальных электромеханических преобразователей можно приступить, только глубоко проработав и усвоив теоретические основы электротехники, физику электромагнитных явлений, теоретическую и прикладную механику и выработав умение анализировать с применением математического аппарата процессы в электрических и магнитных цепях.

Курсовой проект для направления 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» определяется действующими учебными планами и составленными на их основе учебными графиками.

При появлении затруднений при изучении теоретического курса и выполнении контрольных работ бакалавры должны обращаться за консультацией на кафедру электромеханических систем и электроснабжения Воронежского государственного технического университета.

1. Требования к выполнению курсового проекта

Данный курсовой проект ставит своей целью помочь магистру, самостоятельно изучающему специальный курс электромеханических преобразователей энергии в системе высшего образования, овладеть основами этой дисциплины. Перед выполнением курсового проекта магистр должен изучить материал по нему с учётом методических указаний и рекомендованной литературы.

Вариант задания на контрольную работу определяется шифром студента. Работа, не соответствующая шифру студента, не может быть зачтена и студент должен выполнить работу по-другому, выбранному преподавателем, шифру или по индивидуальному заданию.

Курсовой проект должна быть выполнен в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению выпускной квалификационной работы. Схемы и графики необходимо выполнять на миллиметровой бумаге с соблюдением масштабов. На графиках надо выделять точки, по которым построена функциональная зависимость. Обозначения на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.702-99; 2.721-03; 2.722-03; 2.723-03; 2.755-04; 2.725-03; 2.727-03; 2.724-03; 2.723-04; 2.729-03; 2.730-03; 2.742-03.

После выполнения, курсовой проект сдаётся на проверку руководителю. Все замечания по курсовому проекту отмечаются в листе «Замечания руководителя».

Допускается полное оформление курсового проекта на компьютере, включающее расчеты и векторные диаграммы с последующей распечаткой на принтере на листах формата А4 (210 х 297 мм).

Защита курсового проекта.

2. Переходные процессы в однофазном трансформаторе

1. Определить параметры схемы замещения, активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания. Начертить схему замещения.

2. Определить число вольт на один виток обмотки.

3. Определить коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному КПД.

4. Определить индуктивность L₁, соответствующую полному потоку, сцепленному с первичной обмоткой трансформатора при холостом ходе. Определить наиболее благоприятный момент включения трансформатора и наименее благоприятный момент включения. Построить соответствующие графики изменения магнитного потока и тока. Рассчитать наибольшее мгновенное значение тока холостого хода при включении трансформатора на напряжение

5. Определить индуктивность L_к, соответствующую параметру x_k в схеме замещения трансформатора при коротком замыкании. При расчёте учесть, что наибольшее мгновенное значение тока внезапного короткого замыкания соответствует возникновению режима короткого замыкания при _к = 0, т.е. когда мгновенное значение U₁ = 0. Максимум тока наступает через время t = 0,01 с после возникновения короткого замыкания. Ударный коэффициент К_уд определять из [1, с. 334-338]; [2, с. 462-466].

3. Методические указания

Вариант задания на курсовой проект выбрать в соответствии с табл. П.1, в которой символы обозначают: S - полная мощность трансформатора; Р₀ - потери холостого хода; Р_к - потери короткого замыкания; i₀ - ток холостого хода; П_с -сечение стержня.

Мощность трансформатора выбрать по последней цифре шифра, а первичное и вторичное напряжения с учётом последней и предпоследней цифр шифра. Первичной обмоткой считается обмотка высшего напряжения.

К пункту 1.

Коэффициент трансформации считать равным

,(1)

Параметры схемы замещения холостого хода определить по току и потерям холостого хода [1, с. 291-294]; [2, с. 405-406].

Параметры схемы замещения короткого замыкания определить по напряжению и потерям короткого замыкания [1, с. 294-296]; [2, с. 412, 418-419].

Для расчётов параметров использовать фазные токи и напряжения, а также потери на одну фазу. Учесть, что

и .(2)

К пункту 2. Для определения U_в изучить [1, с. 240-243, формулу (12-3)]; [2, с. 384].

Принять частоту в сети f = 50 Гц, индукцию в стержне магнитопровода В_с = 1,4 Тл.

К пункту 3. Для определения коэффициента нагрузки трансформатора, соответствующего максимуму КПД, использовать [1, с. 307-310]; [2, с. 427-430].

К пункту 4.

Для упрощения будем считать, что трансформатор включается в сеть в режиме холостого хода: вторичная обмотка разомкнута. Предположим также, что напряжение в сети синусоидально. Тогда уравнение напряжений первичной обмотки можно записать в виде (3):

(3)

В этом уравнении две переменных величины и .

Так как трансформатор в режиме холостого хода - это катушка со стальным сердечником, то зависимость между и определяется нелинейной кривой намагничивания. Уравнение (3) нелинейно, что не позволяет получить его решения в общем виде. Однако, учитывая, что влияние второго члена левой части можно учесть приближённо. В этом случае потокосцепление можно представить в виде

,(4)

где - постоянная индуктивность, соответствующая полному потоку, сцепленному с первичной обмоткой. Из (4) определяем ток, как

и уравнение (3) записываем в виде:

или

(5)

Это обычное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и решается оно известными методами.

Решение уравнения (5) имеет вид(6)

где - принуждённая составляющая находится как частное решение дифференциального уравнения для установившегося режима;

- свободная составляющая представляет собой общее решение дифференциального уравнения без правой части.

Если пренебречь влиянием активного сопротивления , то магнитный поток в установившемся режиме работы отстаёт от напряжения на угол .

Поэтому

,(7)

где амплитуда магнитного потока в установившемся режиме. Свободная составляющая определяется из уравнения

.(8)

Его решение имеет вид

,(9)

где С - постоянная интегрирования, находится из начальных условий. При . Тогда из (6) с учётом (7) и (9) найдём

и

Тогда (10)

Окончательное решение можно записать в виде

.(11)

Из (11) видно, что характер переходного процесса зависит от начальной фазы напряжения в момент включения.

Если

то

.(12)

Следовательно, сразу наступает установившийся режим.

Наименее благоприятный случай возникает тогда, когда при , , то есть напряжение в момент включения проходит через ноль.

В этом случае

.(13)

В соответствии с уравнением (13) необходимо изобразить график изменения магнитного потока Ф(t) для одного периода (t = 00.02 с). Ток холостого хода, необходимый для создания такого потока определяется по кривой намагничивания сердечника. Если при ток от , то при ток может в 100ч150 раз превысить установившееся значение . Для точного определения максимального значения тока холостого хода необходимо выполнить построение в соответствии с рис. 2.

Рисунок 2 - Графическое определение тока включения трансформатора

К пункту 5.

В условиях эксплуатации короткие замыкания возникают внезапно в результате различных неисправностей. При этом в трансформаторе возникает переходной процесс, который называется внезапным коротким замыканием.

Если короткое замыкание произошло на зажимах вторичной обмотки трансформатора, а напряжение, подведённое к первичной обмотке, изменяется по синусоидальному закону и постоянно, то уравнения равновесия напряжений обмоток трансформатора можно записать в виде

(14)

.

Если будем пренебрегать током холостого хода, по сравнению с током короткого замыкания, то . Тогда вычтем из первого уравнения (14) второе и получим

.(15)

и - полные индуктивности первичной и вторичной обмоток.

Они равны

;

Тогда ; Уравнение (15) примет вид

.(16)

Это дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами. Оно аналогично уравнению (5) и решается так же.

Ток внезапного короткого замыкания состоит из двух составляющих: принуждённой составляющей , соответствующей установившемуся короткому замыканию и свободной составляющей

.

Наибольшее изменение ток короткого замыкания приобретает через пол периода после короткого замыкания и может быть определён по формуле

,(17)

где - ударный ток короткого замыкания;

- коэффициент, учитывающий затухание тока,

ч1,8 - для трансформаторов большой мощности;

= 1,2ч1,3 - для трансформаторов небольшой мощности;

- действующее значение тока установившегося короткого замыкания можно определить со схемой замещения трансформатора при коротком замыкании.

Однофазный трансформатор и его параметры

Таблица П.1 - Исходные данные трансформатора

Примечание:

В табл. П.1 символы обозначают: S - полная мощность трансформатора; Р₀ - потери холостого хода; Р_к - потери короткого замыкания; i₀ - ток холостого хода; П_с -сечение стержня; U_к - напряжение короткого замыкания.

Таблица П.2 - Выбор первичного и вторичного напряжения трансформатора

Таблица П.3 - Кривая намагничивания стали 3411

Примечание. В качестве базисных единиц тока холостого хода и магнитного потока принять значения, соответствующие номинальному напряжению трансформатора.

Библиографический список

1. Вольдек А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учебник для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. -- СПб.: Питер, 2007. - 320 с.: ил.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. -- СПб.: Питер, 2007. - 350 с.: ил.

3. Беспалов В.Я. Электрические машины: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. -- М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru