учёба / Электрические машины / Elektricheskie_mashiny_MU_KR_zaochn

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный тех- нический университет»

Кафедра электроснабжения сельского хозяйства

ЭЛ Е К Т Р И Ч Е С К И Е

МА Ш И Н Ы

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ

для студентов-заочников специальности 1-74 06 05

«Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства»

Минск – 2006

УДК 321.313(07)

ББК 31.261я7

Э 45

Рецензенты: директор Минского политехнического колледжа Подгайский Геннадий Донатович; профессор кафедры Электрооборудования Гурин Вла-

димир Владимирович

Шевчик Николай Евгеньевич, Лицкевич Леонид Степанович.

Электрические машины: Методические указания для студентов с-х.

ВУЗов / Шевчик Н.Е., Лицкевич Л.С. – Мн.: БГАТУ, 2006.- с.:ил.

ISBN

Изложены порядок выполнения и методические указания для выполнения контрольных работ по машинам постоянного тока и асинхронным машинам.

Приведены индивидуальные задания.

Для студентов электротехнических специальностей ВУЗов и учащихся кол-

леджей.

УДК 321.313(07)

ББК 31.261я7

Э 45

©Шевчик Н.Е., Лицкевич Л.С.

©Редакционно-издательский отдел БГАТУ, 2006

ISBN

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Электрические машины» базируется на курсах «Физика», «Высшая математика», «Теоретические основы электротехники», «Электри-

ческие измерения» и др. В свою очередь она является базой для изучения всех специальных дисциплин: «Автоматизированный электропривод», «Электроснабжение сельского хозяйства», «Ремонт электрооборудования», «Эксплуатация электрооборудования», и др.

Цель изучения дисциплины «Электрические машины» – подготовка специалиста, способного решать задачи, связанные с использованием элек-

трических машин в сельском хозяйстве.

В результате изучения дисциплины студент должен знать устройство,

принцип действия, характеристики, режимы работы и области применения электрических машин. Должен уметь подключать и испытывать, рассчиты-

вать и измерять параметры, строить необходимые характеристики электриче-

ских машин.

Составными частями дисциплины являются следующие разделы: ма-

шины постоянного тока, синхронные машины, асинхронные машины, транс-

форматоры.

4

1 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Программа дисциплины «Электрические машины» утверждена научно-

методическим Советом БГАТУ в 2002 году. По учебному плану заочного обучения дисциплина изучается на III и IV курсах.

Изучение дисциплины в основном производится самостоятельно:

-при помощи учебников и учебных пособий;

-выполнением контрольных работ с помощью данных методических указа-

ний по индивидуальным заданиям;

-участием в лабораторно-экзаменационных сессиях (лекции и лабораторные работы).

Учебным планом на изучение дисциплины предусматривается 18 часов

лекций, 14 часов лабораторных и 4 часа практических работ. В табл. 1.1 приве-

дены затраты времени в часах на лекции, лабораторные и практические занятия.

К осенней лабораторно-экзаменационной сессии выполняется первая контрольная работа по машинам постоянного тока и студент должен сдать зачет. К зимней – вторая контрольная работа по асинхронным машинам. За-

канчивается изучение дисциплины экзаменом.

5

2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1 Введение

Классификация электрических машин. Применение электрических ма-

шин в сельском хозяйстве. Краткие сведения по истории развития электро-

машиностроения.

Номинальные данные электрических машин. Особенности конструк-

ции, определяемые условиями эксплуатации электрических машин. Основ-

ные физические законы, используемые в курсе электрических машин.

Нагрев и охлаждение электрических машин.

2.2 Машины постоянного тока

Основные элементы устройства и принцип действия машин постоянно-

го тока. Способы возбуждения машин постоянного тока.

Магнитная цепь машины постоянного тока. Основы расчета магнитной цепи, характеристика намагничивания, коэффициент насыщения, форма кри-

вой индукции магнитного поля под полюсом при холостом ходе.

Обмотки машин постоянного тока. Основы расчета петлевых и волно-

вых обмоток.

Реакция якоря при щетках, установленных на геометрическую ней-

траль. Форма кривой индукции магнитного поля под полюсом при нагрузке машины. Реакция якоря при щетках смещенных с геометрической нейтрали.

Влияние реакции якоря на работу машины.

Коммутация в машинах постоянного тока. Причины искрения под щет-

кой. Оценка искрения. Сущность коммутационного процесса. Прямолиней-

ная, замедленная и ускоренная коммутация. Способы улучшения коммута-

ции. Современные представления о процессе коммутации.

6

ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря машины постоянного тока. Элек-

тромагнитный момент, развиваемый якорем машины постоянного тока.

Уравнения ЭДС генератора. Характеристики генераторов. Характери-

стики генераторов независимого возбуждения. Самовозбуждение генератора.

Характеристики генератора параллельного возбуждения. Назначение сериес-

ной обмотки. Характеристики генератора смешанного возбуждения.

Параллельная работа генераторов постоянного тока: условия включе-

ния, распределение нагрузки, перевод нагрузки.

Уравнения ЭДС и моментов двигателя постоянного тока. Потери, энер-

гетическая диаграмма и КПД двигателя постоянного тока. Характеристики двигателей. Характеристики и область применения двигателей параллельно-

го, последовательного и смешанного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока: изме-

нением напряжения якоря, магнитного потока, регулировочного резистора в цепи якоря. Механические характеристики при различных способах регули-

рования. Сравнение способов регулирования.

Устойчивость работы двигателей постоянного тока. Пуск двигателей постоянного тока: прямое включение, от вспомогательного преобразователя и с помощью пускового реостата.

Торможение двигателей постоянного тока: генераторное, динамиче-

ское, противовключением.

Специальные машины постоянного тока: тахогенераторы, сварочные генераторы, электромашинные усилители, машины с постоянными магнита-

ми, исполнительные двигатели автоматических устройств, универсальные коллекторные и вентильные двигатели. Современные серии машин постоян-

ного тока.

7

2.3 Трансформаторы

Конструкция и принцип работы трансформатора. Разновидности трансформаторов по назначению и типу.

Обмотки трансформаторов: цилиндрические, дисковые, винтовые, мар-

кировка обмоток.

Однофазный трансформатор: режим холостого хода, намагничиваю-

щий ток. Режим нагрузки трансформатора. Уравнения Кирхгофа для конту-

ров трансформатора. Приведение чисел витков обмоток трансформатора.

Уравнения равновесия приведенного трансформатора. Векторная диаграмма приведенного трансформатора. Схема замещения. Потери, энергетическая диаграмма и КПД трансформатора. Опыты холостого хода и короткого замы-

кания, определение на их основе параметров трансформатора.

Изменение вторичного напряжения трансформатора от степени и ха-

рактера его загрузки. Внешняя характеристика. Зависимость КПД трансфор-

матора от нагрузки, эксплутационный КПД.

Трехфазный трансформатор: схемы и группы соединения обмоток. Па-

раллельная работа трансформаторов, условия включения.

Регулирование напряжение трансформаторов. Работа трехфазных транс-

форматоров при несимметричной нагрузке. Намагничивание трансформаторов,

форма тока и напряжений при различных схемах соединения обмоток.

Переходные процессы при включении и коротком замыкании транс-

форматора.

Специальные трансформаторы: трехобмоточные, выпрямительных ус-

тановок, сварочные и автотрансформаторы.

2.4 Общие вопросы машин переменного тока

Образование вращающегося магнитного поля при двухфазной и трех-

фазной системах.

8

Принципы выполнения и схемы обмоток машин переменного тока.

Назначение, типы, устройство и принцип действия машин переменного тока.

МДС обмоток. МДС распределенной катушки с укороченным шагом при скосе пазов. Обмоточный коэффициент. МДС трехфазной обмотки. ЭДС обмоток.

Расчет магнитной цепи.

2.5 Асинхронные машины

Конструкция и принцип работы асинхронного двигателя. Паспортные данные асинхронного двигателя (АД).

Асинхронная машина с неподвижным ротором: при разомкнутом рото-

ре, индукционный регулятор, фазорегулятор.

Асинхронная машина при вращающемся роторе. Рабочий процесс АД. При-

ведение вращающейся асинхронной машины к неподвижному состоянию. Опыты холостого хода и короткого замыкания. Т и Г – образные схемы замещения.

Потери, энергетическая диаграмма и КПД АД. Общее выражение мо-

мента асинхронной машины. Механическая характеристика. Упрощенная расчетная формула момента асинхронной машины. Рабочие характеристики асинхронного двигателя. Дополнительные моменты.

Круговая диаграмма асинхронной машины: обоснование и методы по-

строения круговой диаграммы. Анализ свойств асинхронной машины с по-

мощью круговой диаграммы.

Пуск трехфазного АД, способы пуска АД с улучшенными пусковыми характеристиками.

Однофазные АД.

Способы регулирования частоты вращения АД: изменением числа пар полюсов, частоты, скольжения.

Работа АД при отклонении напряжения и частоты от номинального,

при несимметричном и несинусоидальном напряжении.

9

Асинхронная машина в режиме генератора, в режимах противовключе-

ния и динамического торможения. Преобразователь частоты.

Единые серии АД. Погружные АД, АД с дуговыми статорами и линей-

ные, асинхронный тахогенератор, вращающийся трансформатор, сельсины.

2.6 Синхронные машины

Назначение, типы, устройство и принцип действия синхронных машин.

Реакция якоря трехфазного синхронного генератора при активной, ин-

дуктивной, емкостной и смешанной нагрузках.

Магнитные потоки и ЭДС синхронного генератора. Уравнение равно-

весия ЭДС, векторные диаграммы ЭДС и намагничивающих сил неявнопо-

люсного и явнополюсного синхронного генератора.

Параметры синхронного генератора, их экспериментальное определение.

Характеристики синхронного генератора: холостого хода короткого замыкания, нагрузочная, внешняя и регулировочная. Отношение короткого замыкания.

Параллельная работа синхронного генератора с сетью. Условия и спо-

собы включения.

Электромагнитная мощность синхронной машины, угловая характери-

стика. Регулирование активной и реактивной мощностей синхронного гене-

ратора, U– образные характеристики синхронного генератора.

Несимметричные установившиеся режимы работы синхронного генератора.

Переходные процессы в синхронном генераторе при внезапном корот-

ком замыкании. Сверхпереходное и переходное сопротивление синхронного генератора. Последствия короткого замыкания.

Синхронный двигатель: преимущества и недостатки в сравнении с асинхронным. Электромагнитная мощность и момент синхронного двигате-

ля, угловая характеристика.

Уравнение равновесия ЭДС и векторные диаграммы синхронного двигателя.

10