- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Электротехника и электроника. Ч. 1»
- •2.6. Рейтинговая система оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект
- •ВВЕДЕНИЕ
- •РАЗДЕЛ 1. Основы теории электрических цепей
- •1. Электрическая цепь и ее характеристики
- •1.1. Определение цепи
- •1.2. Графическое изображение электрической цепи и ее элементов
- •1.3. О направлениях действия ЭДС, токов и напряжений
- •1.4. Законы электрических цепей
- •1.5. Параметры электрических цепей
- •1.6. Идеальные элементы электрической цепи
- •2. Цепи постоянного тока
- •2.1. Некоторые особенности цепей постоянного тока
- •2.2. Закон Ома и законы Кирхгофа для цепей постоянного тока
- •2.3. Мощность цепи постоянного тока
- •2.4. Расчет простых цепей постоянного тока
- •2.6. Баланс мощностей цепи постоянного тока
- •3. Цепи синусоидального тока
- •3.1. Основные понятия о синусоидальных процессах
- •3.2. Аналитическая запись синусоидальных токов и напряжений
- •3.5. Закон Кирхгофа в векторной форме записи
- •3.7. Действующие значения синусоидальных токов и напряжений
- •3.8. Элементы в цепи синусоидального тока
- •3.10. Цепь с последовательным соединением R, L, C
- •3.11. Цепь с параллельным соединением R, L и C
- •3.14. Понятие о двухполюсниках и об эквивалентных цепях
- •РАЗДЕЛ 2. Методы расчета электрических цепей
- •4.1. Введение. Основы метода
- •4.2. Комплексные токи и напряжения
- •4.3. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость
- •4.4. Комплексная мощность
- •4.5. Законы Кирхгофа в комплексной форме записи
- •4.6. Аналогия с цепями постоянного тока
- •5. Методы расчета сложных цепей синусоидального тока
- •5.1. Введение
- •5.2. Метод контурных токов
- •5.3. Метод узловых напряжений (узловых потенциалов)
- •5.4. Метод эквивалентного источника
- •5.5. Метод наложения
- •5.6. Баланс мощностей цепи синусоидального тока
- •РАЗДЕЛ 3. Резонанс, индуктивно связанные цепи и трехфазные цепи
- •6. Резонансные явления. Индуктивно связанные цепи
- •6.1. Резонансные явления
- •6.3. Резонанс в параллельной цепи из элементов R, L,C (резонанс токов)
- •6.5. Цепь с трансформаторной связью между катушками
- •7. Трехфазные электрические цепи
- •7.1. Введение
- •7.2. Соединение трехфазной цепи звездой
- •7.3. Соединение трехфазной цепи треугольником
- •7.4. Расчет трехфазных цепей
- •7.5. Мощность трехфазной цепи
- •РАЗДЕЛ 4 Несинусоидальные токи, напряжения и переходные процессы
- •8.1. Общие положения
- •8.4. Мощность в цепи при несинусоидальных токе и напряжении
- •8.5. Расчет линейных цепей с несинусоидальными ЭДС
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Законы коммутации. Начальные условия
- •РАЗДЕЛ 5. Нелинейные электрические и магнитные цепи
- •10. Нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного тока
- •10.1. Нелинейные электрические цепи. Общие положения
- •10.2. Нелинейные сопротивления
- •10.3. Нелинейные свойства ферромагнитных материалов
- •10.4. Нелинейная индуктивность
- •10.5. Нелинейная емкость
- •10.6. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •10.8. Магнитные цепи с постоянным магнитным потоком
- •11. Нелинейные цепи переменного тока
- •РАЗДЕЛ 6. Электрические машины
- •12. Трансформаторы
- •12.1. Назначение и принцип действия
- •12.2. Холостой ход трансформатора
- •12.3. Нагрузка трансформатора
- •12.4. Схема замещения
- •12.5. Режим холостого хода
- •12.6. Режим короткого замыкания
- •12.7. Внешняя характеристика трансформатора
- •12.8. КПД трансформатора
- •13. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
- •13.1. Общие вопросы теории электрических машин
- •13.2. Классификация электрических машин
- •13.4. Скольжение и его влияние на параметры ротора
- •13.5. Механическая мощность асинхронного двигателя
- •13.9. Пуск асинхронных двигателей
- •14. Cинхронные машины
- •14.1. Устройство и принцип действия
- •14.2. Характеристика холостого хода
- •14.3. Внешние характеристики синхронного генератора
- •14.4. Включение синхронного генератора на параллельную работу
- •14.5. Пуск в ход синхронных двигателей
- •14.6. Синхронные компенсаторы
- •15. Машины постоянного тока
- •15.1. Конструктивные особенности машин постоянного тока
- •15.2. Классификация по способу возбуждения
- •15.3. Генераторы постоянного тока
- •15.4. Двигатели постоянного тока
- •15.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •15.7. Пример решения задачи
- •РАЗДЕЛ 7. Электрические измерения и приборы
- •16. Электрические измерения и приборы
- •16.1. Общие сведения об электрических измерениях
- •16.2. Эталоны единиц электрических величин
- •16.3. Измерительные приборы
- •16.4. Измерение напряжения переменного тока
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •ГЛОССАРИЙ
- •3.4. Лабораторные работы
- •Общие указания
- •3.5. Практические занятия
- •Общие указания
- •4. БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
- •Общие указания
- •ЗАДАЧА 1
- •ЗАДАЧА 2
- •ЗАДАЧА 3
- •ЗАДАЧА 4
- •ЗАДАЧА 5
- •ЗАДАЧА 6
- •ЗАДАЧА 7
- •ЗАДАЧА 8
- •ЗАДАЧА 9
- •4.2. Текущий контроль (вопросы для самопроверки, тестовые задания)
- •Тема 1. Репетиционный тест 1
- •Тема 1. Тест 1
- •Тема 2. Репетиционный тест 2
- •Тема 2. Тест 2
- •Тема 3. Репетиционный тест 3
- •Тема 3. Тест 3
- •Тема 4. Репетиционный тест 4
- •Тема 4. Тест 4
- •Тема 5. Репетиционный тест 5
- •Тема 5. Тест 5
- •Тема 6. Тест 6
- •Тема 7. Репетиционный тест 7
- •Тема 7. Тест 3.7
- •Тема 8. Тест 8.
- •Тема 9. Тест 9
- •Тема 10. Репетиционный тест 10
- •Тема 10 Тест 10
- •Тема 11. Тест 11
- •Тема 12. Тест 12
- •Тема 13. Тест 13
- •Тема 14. Тест 14
- •Тема 15. Тест 15
- •Тема 16. Тест 16
sКР sН K М КМ2 |
1 |
|
, |
т. е. частота вращения ротора в этом режиме (об/мин) равна |
|
nКР n1 1 sКР . |
|
Вращающий момент, развиваемый двигателем в критическом режиме ра- |
|
боты |
|
МКР = КМ МН.
При пуске двигателя в ход частота вращения ротора nп = 0, поэтому скольжение ротора sп = 1.
Вращающий момент, развиваемый двигателем в момент пуска
МП = КП МН,
Величина этого момента определяет возможность пуска двигателя с номинальным моментом, если МП МН, или в режиме холостого хода, с последующим увеличением нагрузки на валу, если МП МН.
Вращающий момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного напряжения. При номинальном напряжении эта зависимость определяется выражением.
M н См U н2 ,
где СМ постоянный коэффициент, определяемый конструктивными особенностями машины.
Если напряжение на зажимах двигателя изменять, например, в сторону уменьшения, то будет изменяться и величина вращающего момента на валу двигателя. Например, U = 0,9UН, тогда
M CМ (0,9UН )2 0,81СМUН2 0,81ММ .
Вычислив величину момента на валу, следует определить значение пускового момента двигателя при пониженном напряжении:
МП = КМ М
и сделать вывод о возможности пуска двигателя в ход.
ЗАДАЧА 9
Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет номинальные данные, приведенные в табл. 10: мощность на валу Р2Н; напряжение
UН; частота вращения якоря nН ; коэффициент полезного действия Н; сопротивления цепей якоря RЯ и возбуждения RВ соответственно.
Требуется:
1.Начертить схему включения двигателя пояснить принцип его работы и назначение элементов схемы.
2.Определить сопротивление пускового реостата для условия IП = 2,5IЯН..
340
Методические указания
Изучение электрических машин постоянного тока надо начинать с их принципа работы и устройства.
Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т. е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, изучение таких вопросов, как коллектор, реакция якоря, электромагнитный момент и способ возбуждения необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов.
Таблица 9
Последняя, предпо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
следняя или третья от |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
конца цифра шифра |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
студента |
||||||||||||
P2,Н кBт |
1 |
1,2 |
1,5 |
1,7 |
2,2 |
2,5 |
3,4 |
4,0 |
5,3 |
7 |
||
UH, B |
110 |
110 |
110 |
110 |
110 |
220 220 |
220 |
220 220 |
||||
|
-1 |
об/мин |
300 |
220 |
150 |
220 |
150 |
220 220 |
150 |
300 220 |
||
*) nH 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения P2, UH,, nH выбираются по последней цифре шифра |
|
|||||||||||
RЯ, |
Ом |
1,2 |
0,8 |
0,48 0,34 0,23 |
0,62 |
0,44 |
0,31 |
0,29 |
0,16 |
|||
RВ, Ом |
202 160 |
110 |
80 |
70 |
220 |
170 185 |
135 |
110 |
||||
Значения RЯ, RВ |
выбираются по предпоследней цифре шифра |
|
||||||||||
Н, % |
77 |
78 |
80 |
81 |
82 |
83 |
84 |
85 |
86 |
87 |
Значение Н выбирается по третьей от конца цифре шифра *) Значение nН необходимо умножить на 10.
Изучая работу машин постоянного тока в режиме двигателя, надо обратить особое внимание на пуск, назначение пусковых и регулировочных сопротивлений, способы регулирования частоты вращения якоря и вращающий момент двигателя; в режиме генератора – на самовозбуждение. Характеристики генераторов и двигателей дают наглядное представление об эксплуатационных свойствах электрических машин.
Алгоритм решения задачи
Электрическая мощность Р1Н (Вт ) двигателя в номинальном режиме
Р1Н = Р2Н / Н,
где Н коэффициент полезного действия двигателя, выраженный в относительных единицах (о. е.).
Ток, потребляемый двигателем, в номинальном режиме от питающей се-
ти
I Н |
P1H |
U H , |
Ток, протекающий в цепи обмотки возбуждения |
||
I B |
U H |
R B , |
341
Ток, протекающий в цепи якоря двигателя, определяется по уравнению первого закона Кирхгофа
I ЯН I Н I В ,
Пусковой ток по условию задачи должен составлять 2,5IЯН, что достигается включением в цепь якоря внешнего, по отношению к двигателю пускового реостата. Сопротивление пускового реостата определяется из равенства
|
I П |
2,5I ЯН |
|
U Н |
|
, |
||||
|
R Я |
|
||||||||
откуда следует, что |
|
|
|
|
|
R Д |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R Д |
U H |
R Я |
|
|
||
|
|
|
|
|
I П |
|
|
|
|
|
Потери (Вт) в обмотке якоря и цепи возбуждения в номинальном режиме |
||||||||||
работы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
I 2 |
R |
Я |
, |
|
|
|
|
Р I 2 R . |
|
ЯН |
ЯН |
|
|
|
|
|
|
В В В |
||
Вращающий момент (Н м) двигателя в номинальном режиме |
||||||||||
|
|
М Н |
9550 |
|
Р2 Н |
, |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
n H |
|
|
где Р2Н механическая мощность двигателя, выраженная в кВт.
342