Практичне заняття № 4 (2 год.)

ТЕМА: Розрахунок електричних машин постійного струму

МЕТА:  

- навчальна: розрахувати характеристику машин постійного струму в режимі генератора та двигуна; навчити будувати механічні характеристики двигунів постійного струму;

- розвиваюча: розвивати у студентів вміння практичної реалізації системи знань в систему вмінь та предметних компетенцій, вміння реалізувати прикладні зв’язки через систему курсу, з вищою математикою, фізикою, комп’ютерною графікою, обчислювальною технікою;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дидактичний матеріал, калькулятор, олівець

ПЛАН

1. Втрати і коефіцієнт корисної дії електричних машин постійного струму

- електричні втрати;

- магнітні втрати;

- механічні втрати;

- додаткові втрати;

- коефіцієнт корисної дії

2. Розв’язування задач на визначення електричних втрат в електричних машин постійного струму.

Зміст практичного заняття

Методичні рекомендації

Вивчення машин постійного струму потрібно починати з їх принципу роботи і будови.

Враховуючи, що машина постійного струму оборотна, тобто може працювати в режимах генератора і двигуна, вивчення таких питань, як способи збудження, електромагнітний момент, е.р.с., необхідно розглядати в співставленні для обох режимів.

Важливо правильно розуміти зв'язок між напругою на затискачах машини U, її е.р.с. Е і спадом напруги I_я R_я обмотці якоря для обох режимів:

– для генератора – E = U + I_яR_я;

– для двигуна – U = E + I_яR_я.

Вивчаючи роботу машини постійного струму в режимі двигуна, звернути увагу на пуск регулювання частоти обертання і обертовий момент двигуна, а в режимі генератора - на самозбудження.

Характеристики генераторів і двигунів дають наочне уявлення про експлуатаційні властивості електричних машин.

При опрацюванні даної теми студенти повинні:

- знати основні конструкційні елементи машин постійного струму: статор, обмотку збудження, якоря, обмотку якоря; терміни — геометрична та фізична нейтралі, реакція якоря, комутація, проти е.р.с; класифікацію машин за способом збудження; зовнішні характеристики генераторів постійного струму всіх способів збудження; механічні характеристики двигунів постійного струму всіх способів збудження: способи пуску двигунів; способи регулювання частоти обертання двигунів;

- розуміти призначення основних елементів машин; принципи дії генератора і двигуна; рівняння електричного стану генератора і двигуна; призначення пускових і регульованих опорів.

- орієнтуватись в паспортних даних машин і визначити номінальний момент; вибирати двигун стосовно до заданих технічних умов.

2 Розв’язування задач на визначення електричних втрат в електричних машин постійного струму

Задача 1

Визначити електричні втрати в ланцюзі якоря, суму механічних магнітних і додаткових втрат двигуна постійного струму паралельного збудження, якщо обертовий момент двигуна М = 40 нм, напруга U = 220 B, струм збудження І_зб = 1,5 А, ККД  = 83 %, частота обертання n = 1500 об/хв., опір ланцюга якоря r_я = 0,6 Ом.

Задача 2

У двигуна паралельного збудження з корисною потужністю Р₂ = 25 кВТ, U_н = 110 В і  = 83 %, втрати потужності в ланцюзі збудження ΔР_зб складають 2,25% від потужності Р₁, яка отримується з мережі, а втрати потужності в ланцюзі якоря ΔР_я складають 4,2 % від Р₁.

Визначити струм живлення І; струм збудження І_зб і опір r_зб обмотки збудження; струм І_я і опір r_я обмотки якоря; ЕРС якоря Е.

Задача 3

Для генератора паралельного збудження визначити при номінальному режимі: електромагнітну потужність Р_ем, втрати в міді ΔР_е; втрати холостого ходу ΔР_х; втрати в сталі ΔР_м; механічні втрати Р_м; додаткові втрати ΔР_д.

Падіння напруги в контакті щіток

Приклад виконання завдання 2

Задача Визначити електричні втрати в ланцюзі якоря, суму механічних магнітних і додаткових втрат двигуна постійного струму паралельного збудження, якщо обертовий момент двигуна М = 38,5 нм, напруга U = 220 B, струм збудження І_зб = 1,3 А, ККД  = 82,5 %, частота обертання n = 1500 об/хв., опір ланцюга якоря r_я = 0,58 Ом.

Розв'язок:

1 Швидкість обертання ротора

ω = 2πn/60 = 6,281500/60 = 157 рад/с.

2 Корисна потужність на валу двигуна

Р₂ = М₂ω = 15738,5 = 6044,5 Вт.

3 Потужність, яка використовується двигуном з мережі

Р₁ = Р₂ / = 6044,5 /0,825 = 7326,7 Вт.

4 Потужність втрат у ланцюзі збудження

ΔР_зб = UI_зб = 2201,3 = 286 Вт.

5 Потужність, що підводиться до обмотки якоря

Р_1я = Р₁ - ΔР_зб = 7326,7 – 266 = 7040,7 Вт.

6 Струм у обмотці якоря

І_я = Р_1я / U = 7040.7/220 32 А.

7 Електричні втрати в якорному ланцюзі

ΔР_е1 = I_я²r_z = 32²0?58 = 593,92 Вт.

8 Сума втрат механічних, магнітних і додаткових

ΣΔР = Р_1я - ΔР_е1 – Р₂ = 7040,7 – 593,92 – 6044,5 = 402,28 Вт.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО І ОЦІНЮВАННЯ РІВНЯ ЗНАНЬ: перевірка і оцінювання за рівнем повноти і правильності визначення основних показників нерозгалуженого і розгалуженого кіл, побудови векторних діаграм

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ: самостійно вирішити наступні завдання:

Задача 1. Електричне коло (рис.7) має такі параметри: R = 5 Ом, L-200 мГн, C=500 мкФ. Записати вхідний опір кола щодо затискачів А, В та опори віток у функції частоти ω, побудувати частотні характеристики

Рисунок 7 – Схема електричного кола

Задача 2. Для послідовно - паралельного електричного кола змінного струму (рис. 8) визначити струми I, I₁, I₂ на всіх ділянках ланцюга, активну Р, реактивну Q і повну S потужності ланцюга.. Напруга живлення U = 127 В, активні і реактивні опори кола: R = 2 Ом; R₁ = 15 0м; R₂ = 10 Ом; X_L = 10 Ом, X_L1 = 10 Ом; X_L2 = 20 Ом; Х_С = 2 Ом; X_С1 = 20 Ом; Х_С2 = 30 Ом.

Рисунок 8

ВИКЛАДАЧ –Т.І.Ковальова