учёба / Электрические машины / Elektricheskie_mashiny_MU_KR_zaochn
.pdf
Работа синхронного двигателя при изменении тока возбуждения и мо-
мента, U– образные характеристики синхронного двигателя. Синхронный компенсатор.
Пуск синхронного двигателя.
Синхронные двигатели малой мощности: реактивный, тихоходный (ре-
дукторный), гистерезисный, шаговый (импульсный) двигатели, синхронные генераторы для автомобилей и тракторов.
2.7Лабораторные работы
1.Трехфазный двухобмоточный трансформатор.
2.Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов.
3.Параллельная работа трехфазных трансформаторов.
4.Трехфазный АД с фазным ротором.
5.Трехфазный АД с короткозамкнутым ротором.
6.Однофазный АД.
7.Трехфазный синхронный генератор.
8.Параллельная работа синхронного генератора с сетью.
9.Генератор постоянного тока.
10.Двигатель постоянного тока.
2.8Литература1
Основная
1.Брускин, Д.Э. Электрические машины [Текст] / Д.Э. Брускин, А.Е. Зоро-
хович, В.С. Хвостов. — М. : Высшая школа, 1987.
2.Александров, Н.Н. Электрические машины и микромашины [Текст] / Н.Н.
Александров. — М. : Колос, 1983.
1 Для изучения теории электрических машин можно использовать любой учебник любого года издания.
11
3.Андрианов, В.Н. Электрические машины и аппараты [Текст] / В.Н. Анд-
рианов. — М. : Колос, 1971.
4.Костенко, М.П. Электрические машины [Текст] / М.П. Костенко, Л.М. Пиотров-
ский. — Ленинград: Энергия, 1973.
Дополнительная
1.Вольдек, А.И. Электрические машины [Текст] / А.И. Вольдек. – Ленин-
град: Энергия, 1978.
2.Кацман, М.М. Электрические машины [Текст] / М.М. Кацман. – М. :
Высшая школа, 1990.
3.Николаев, С.А. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам [Текст] / С.А. Николаев. — М. : Энергия, 1969.
4.Токарев, Б.Ф. Электрические машины [Текст] / Б.Ф.Токарев. — М. : Энер-
гоатомиздат, 1989.
5.Шевчик, Н.Е. Электрические машины [Текст]: учеб. пособие / Н.Е. Шев-
чик, Г.Д. Подгайский. – Мн. : Дизайн ПРО, 2000.
12
3 КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ
3.1Требования по выполнению контрольных работ
1.На первых страницах контрольной работы необходимо разместить ин-
дивидуальное задание и информацию для проверки расчета на ЭВМ.
2.Решение производить в общем виде, а затем подставить числовые зна-
чения. Указывать название величин и единицы их измерения.
3.Вычисления производить с точностью до 5%.
4.Работу выполнять аккуратно, пронумеровав страницы и оставив поле для замечаний рецензента.
5.Схемы и графический материал выполнять в тетради в клетку или на миллиметровой бумаге. Схемы, эскизы и графики, выполненные на от-
дельных листах, пронумеровать и вклеить в тетрадь.
6.В конце выполненной работы указать использованную литературу.
7.Контрольная работа подписывается студентом с указанием даты ее окончания.
3.2Контрольная работа № 1 по машинам постоянного тока
3.2.1Задание
Вариант индивидуального задания выбирается студентом по двум по-
следним цифрам шифра из приложения 1. Индивидуальное задание имеет следующую форму:
Таблица 3.2.1.
Тип |
Рн |
Uн |
nн |
КПД |
U/Uн |
Ф/Фн |
rдоп. |
Тип |
Z |
p |
двиг. |
|
|
|
|
|
|
|
обм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кВт |
В |
мин-1 |
% |
– |
|
Ом |
|
– |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13
В табл. 3.2.1. Рн – номинальная мощность;
Uн – номинальное напряжение;
nн – номинальная частота вращения;
КПД – коэффициент полезного действия;
U, Ф, rдоп – напряжение якоря, магнитный поток и дополни-
тельное сопротивление в цепи обмотки якоря (Ом), при ко-
торых строятся искусственные характеристики.
Z – количество пазов якоря;
р – количество пар полюсов машины;
Требуется:
1. Вычертить электромагнитную схему двигателя постоянного тока парал-
лельного возбуждения и принципиальную электрическую схему его включе-
ния с измерительными приборами, аппаратурой управления и регулирующи-
ми резисторами;
2.Рассчитать и построить механические и скоростные характеристики:
2.1.Естественные;
2.2.Искусственные:
2.2.1.При дополнительном сопротивлении в цепи якоря;
2.2.2.При изменении напряжения на якоре;
2.2.3.При изменении магнитного потока;
3.Начертить развернутую схему простой якорной обмотки машины;
4.Вычислить сопротивление пускового реостата, при условии, чтобы ток не превысил двукратное значение номинального.
3.2.2Методические рекомендации
1.На электромагнитной схеме машины постоянного тока показать обмотку возбуждения, главные полюса, якорь и станину.
Принципиальная электрическая схема двигателя постоянного тока па-
раллельного возбуждения вычерчивается вместе с электроизмерительными
14
приборами, пусковой, защитной и регулирующей аппаратурой. Условные графические и буквенные обозначения на схеме должны соответствовать го-
сударственным стандартам, действующим в настоящее время. Схему распо-
ложить на одной странице тетради.
2. Характеристики двигателя постоянного тока.
2.1. Естественными называются характеристики, определенные без добавочных и регулировочных резисторов.
Скоростная характеристика – это зависимость частоты вращения якоря n от тока якоря Iя – n = f(Iя), при постоянном напряжении и токе возбуждения
U = const и Iв = const). Аналитически указанную зависимость можно выра-
зить следующим выражением:
|
|
n = |
U − I я rя |
= |
U |
− |
I я rя |
= nх |
− |
I я rя |
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
СеФ СеФ СеФ |
|
СеФ |
||||||||
где |
Iя – |
ток якоря, А; |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
rя – |
сопротивление обмотки якоря, Ом; |
|||||||||||
|
Ф – |
магнитный поток, Вб; |
|
|
|
||||||||
|
Се – |
постоянная машины при определении ЭДС. |
|||||||||||
|
|
|
nх = |
U |
|
, |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
СеФ |
|
|
|
||||
(1)
(2)
где nх – частота вращения холостого хода, мин –1 .
Анализ формулы скоростной характеристики (1) показывает, что она ли-
нейна, и ее можно построить по двум любым точкам. Для этого удобно взять:
-точку идеального холостого хода, [ Iях, nх ];
-точку номинального режима [ Iян, nн ].
15
Точка холостого хода
Как известно, в режиме холостого хода ток якоря равен нулю Iях=0, а
частота вращения определяется по формуле (2). Для определения частоты вращения холостого хода необходимо знать постоянную машины Се и маг-
нитный поток Ф.
В выражении постоянной машины Се |
= |
Np |
имеются параметры, ко- |
|
60a |
||||
|
|
|
торые не даны в задании: N – количество проводников; а – количество парал-
лельных ветвей. Также нет данных для определения магнитного потока. По-
этому произведение СеФ найдем из выражения частоты вращения (1) для номинального режима
Се |
Ф = |
U н − I янrя |
. |
(3) |
|
||||
|
|
nн |
|
|
Номинальный ток якоря определим из формулы мощности двигателя
Рн |
= 0,95ηнU н I ян , |
|
|||
где ηн – номинальный КПД двигателя; |
|
|
|
||
0,95 – коэффициент, учитывающий ток обмотки возбуждения. |
|
||||
Iян |
= 0,95 |
Рн |
|
, |
(4) |
η U |
|
||||
|
|
н |
|
||
|
|
н |
|
||
Для определения сопротивления якоря rя используем приближенный метод: можно считать, что 50% потерь двигателя параллельного возбуждения при номинальном токе составляют потери в обмотке якоря. Тогда
16
r = |
Р |
, |
(5) |
|
я |
2I 2 ян |
|
где Р – потери двигателя, Вт.
Р = Р1 − Рн , |
(6) |
где Р1 – присоединенная мощность двигателя, Вт;
Р1 = |
Рн |
. |
(7) |
||
η |
н |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
Определив rя по формуле (5), и подставив его в выражение (3), найдем
СеФ. Зная СеФ, по формуле (2) нетрудно определить частоту вращения холо-
стого хода.
Точка номинального режима Номинальный ток двигателя уже определен по формуле (4), а номи-
нальная частота вращения приведена в задании.
Выбираем масштаб и строим естественную скоростную характеристику.
Механическая характеристика – это зависимость частоты вращения якоря n от вращающего момента М – n = f(М) , при постоянном напряже-
нии и токе возбуждения U = const и Iя = const.
Для вывода уравнения механической характеристики, выразим из фор-
мулы момента
M = CмΦI я , |
(8) |
где См – постоянная машины при определении момента;
17
См |
= |
Np |
, |
(9) |
|
2πa |
|||||
|
|
|
|
ток якоря:
I я |
= |
M |
(10) |
|
CмΦ |
||||
|
|
|
и подставим его в уравнение (1). Получим выражение для механической ха-
рактеристики:
|
U |
|
Mr |
|
|
n = CеΦ |
− C C Φ 2 . |
(11) |
|||
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|||
е м
Также как и скоростная, она линейна, и ее можно построить по двум точкам.
Точка холостого хода уже известна [nx, М = 0].
Точка номинального режима. Для нее необходимо определить номи-
нальный вращающий момент (МН) по формуле:
М |
|
= 9550 |
Рн |
. |
(12) |
н |
|
||||
|
|
nн |
|
||
|
|
|
|
||
Выбираем масштаб и строим механическую естественную характеристику.
2.2.Искусственные характеристики – это характеристики, опреде-
ленные при дополнительных резисторах в цепях якоря и обмоток возбужде-
ния, а также при напряжении отличном от номинального.
Расчет и построение искусственных характеристик, также как и естест-
венных, проводится по двум точкам: холостого хода и режима c номиналь-
ными током якоря и момента.
2.2.1. При дополнительном сопротивлении в цепи якоря скоростную и ме-
ханическую характеристики можно рассчитать по следующим выражениям:
18
n = |
U − Iя (rя |
|
+ rдоп ) |
= nх |
− |
Iя (rя + rдоп ) |
; |
(13) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
СеФ |
|
|
|
|
СеФ |
|
|
|
||||||
n = |
U − M(rя |
+ rдоп ) |
= n |
|
− |
M(rя + rдоп ) |
(14) |
|||||||||
|
|
|
х |
|
||||||||||||
|
|
C |
C |
Φ2 |
|
|
|
|
C |
C |
M |
Φ2 |
|
|||
|
|
е |
м |
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
Точка холостого хода у скоростной и механической характеристик с до-
полнительным сопротивлением в цепи якоря такая же, как и у естественной.
Вторая точка скоростной характеристики с дополнительным сопротив-
лением в цепи якоря определится по формуле (13), при подстановке номи-
нального тока Iян.
Для расчета второй точки механической характеристики с дополни-
тельным сопротивлением в цепи якоря необходимо знать постоянную маши-
ны при расчете момента СМ. Возьмем отношение СМ /Се:
См |
= |
Np60a |
= |
60 |
= 9,554 |
(15) |
|
|
|
||||
Се |
|
2πaNp 2π |
|
|
||
Таким образом СМ = 9,554Се и формула (14) примет вид:
n = |
U |
− |
M(rя + rдоп ) |
|
|||
|
|
|
|
. |
(16) |
||
C |
Φ |
9,554(C |
Φ)2 |
||||
|
е |
|
|
е |
|
|
|
Подставив в формулу значение номинального момента, найдем вто-
рую точку характеристики.
2.2.2. При изменении напряжения в цепи якоря (ток возбуждения оста-
ется неизменным) частота вращения холостого хода и для скоростной и для механической характеристик определится по формуле (2), в которой вместо номинального необходимо подставить напряжение, заданное в условии.
19
Вторая точка скоростной характеристики при изменении напряжения определится по формуле (1), при этом в нее подставляется напряжение, за-
данное в условии и номинальный ток.
Вторая точка механической характеристики определится по формуле:
n = |
U |
− |
Mrя |
|
|
, |
(17) |
|
C |
Φ |
9,554(C |
е |
Φ)2 |
||||
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
при этом в него подставляется |
напряжение, заданное в условии и номиналь- |
|||||||
ный момент.
2.2.3. При изменении магнитного потока точки рассчитываются по тем же формулам, как и при изменении напряжения, в которых выражение СеФ
необходимо изменить пропорционально изменению магнитного потока.
Все скоростные характеристики, искусственные и естественные, целе-
сообразно показывать на одном графике, все механические – на другом.
3. В машинах переменного тока применяются барабанные якорные обмотки, проводники которых лежат в пазах на внешней поверхности сер-
дечника якоря. Обмотка образуется из ряда секций, концы которых присое-
диняются к коллекторным пластинам. Секция состоит из одного или не-
скольких последовательно соединенных витков. Стороны секции располага-
ются в пазах в два слоя.
Для построения якорной обмотки постоянного тока необходимо знать:
-число пар полюсов р;
-число пазов Z;
-первый частичный шаг обмотки Y1 – расстояние между сторонами секции,
выраженное в пазах;
-второй частичный шаг обмотки Y2 – расстояние между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей секции;
-результирующий шаг обмотки Y – расстояние между соседними секциями;
20