41
МОДУЛЬ 5. ТРАНСФОРМАТОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
§ 2.1. График выполнения задания Модуля 5
№ |
Аудиторные занятия |
Самостоятельная рабо- |
|
недели |
та |
||
|
|||
|
Лекция. |
Изучение теоретического ма- |
|
1 |
Обзор теоретического материала мо- |
териала, вопросы 1-4. |
|
дуля 5. |
Выполнение 1 пункта зада- |
||
|
|||
|
|
ния |
|
|
|
Изучение теоретического ма- |
|
|
Практика. |
териала, вопросы 5-6. |
|
|
Выполнение 2 пункта зада- |
||
2 |
Выдача задания, решение задач по те- |
||
|
мам модуля. |
ния. |
|
|
Подготовка к физическому |
||
|
|
||
|
|
эксперименту. |
|
|
|
Изучение теоретического ма- |
|
|
Физический эксперимент |
териала, вопросы 7-8. |
|
3 |
Экспериментальное определение ис- |
Выполнение пункта 3 зада- |
|
ходных данных для выполнения сле- |
ния. |
||
|
|||
|
дующих пунктов задания. |
Подготовка к компьютерному |
|
|
|
моделированию. |
|
|
Компьютерное моделирование |
Изучение теоретического ма- |
|
|
териала, вопрос 9 -14. |
||
4 |
Исследование внешней характеристи- |
||
Выполнение пункта 4 – 5 за- |
|||
|
ки трансформатора. |
дания. |
|
|
|
||
|
|
Изучение теоретического ма- |
|
5 |
Аудиторная консультация |
териала, вопрос 15 -20. |
|
Численный анализ задания. |
Выполнение пункта 6-9 зада- |
||
|
|||
|
|
ния. |
|
6 |
Прием задания, допуск к тестирова- |
Подготовка к тестированию. |
|
нию. |
|
||
|
Сдача задания, тестирование. |
|
§2.2. Теоретические вопросы Модуля 5
1.Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. [1], [2],
[3].
2.Идеализированный однофазный трансформатор. Уравнения электрического состояния, коэффициент трансформации, схема замещения и векторная диаграмма. [1], [2], [3].
3.Реальный однофазный трансформатор. Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма. [1], [2], [3].
42
4.Природа потерь в трансформаторе. Методы определения мощности потерь. Режимы работы трансформатора: холостой ход, короткое замыкание. [1], [2], [3].
5.Нагрузочный режим трансформатора. Нагрузочные характеристики. Уравнение внешней характеристики. [1], [2], [3].
6.Устройство и принцип действия автотрансформаторов. [1].
7.Измерительные трансформаторы. [1].
8.Особенности трехфазных трансформаторов. [1].
9.Электрические машины: назначение, классификация. [1], [3].
10.Конструкция и принцип действия машин постоянного тока. Режимы работы: генератора, двигателя, электромагнитного тормоза. [1], [3].
11.Способы возбуждения машин постоянного тока. [1], [3].
12.Генератор независимого возбуждения, схема включения основные параметры и характеристики. [1], [3].
13.Генераторы с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением. Схемы включения основные параметры и характеристики. [1], [3].
14.Двигатели постоянного тока. Свойства саморегулирования. Способы пуска, торможения и регулирования частоты вращения. [1], [3].
15.Машины переменного тока. Общие сведения, классификация, принцип действия. [1], [3].
16.Асинхронные двигатели. Устройство трехфазного двигателя. Режимы работы. [1], [3].
17.Основные параметры и характеристики трехфазного асинхронного двигателя. [1], [3].
18.Синхронные генераторы. Устройство и принцип действия. Пуск синхронного двигателя. [1], [3].
19.Электропривод переменного и постоянного тока. Механические характеристики. Классификация режимов работы электропривода.[1], [3], [8].
20.Системы автоматического управления электроприводами. [1], [3], [8].
§ 2.3. Задание модуля 5
Цель задания: изучение устройства, принципа действия, основных характеристик, методов испытания и расчета параметров схемы замещения трансформаторов и электрических машин.
Исходные данные: каждому студенту преподаватель выдает вариант задания, номер которого обозначается числом из трех цифр.
Первой цифрой варианта задаются параметры двигателя из таблицы 2.1, Второй цифрой варианта задаются параметры двигателя из таблицы 2.2, Третьей цифрой варианта задаются параметры двигателя из таблицы 2.3.
Содержание и порядок выполнения задания:
1) Получить у преподавателя вариант задания на обзорной лекции
43
2)На установочном практическом занятии согласовать пакет задач для самостоятельного решения.
3)Экспериментально исследовать и провести анализ различных режимов работы однофазного трансформатора (см. Методические указания к лабораторному исследованию).
4)Методом компьютерного моделирования исследовать внешнюю характеристику однофазного трансформатора при различных типах нагрузки.
(см. Методические указания к компьютерному моделированию).
5)Используя данные физического эксперимента, рассчитать параметры Т-образной схемы замещения приведенного трансформатора.
6)Для пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, заданного своими параметрами:
-количество пар полюсов р ;
-номинальное скольжение s н ,% ;
-номинальный момент вращения Мн, Нм;
-критическое скольжение sкр ,%;
-кратность пускового момента Мп/Мн=m1;
-ток статора номинальный Iн, А;
-кратность пускового тока Iп/Iн= m2;
используется включение в обмотку статора трехфазного автотрансформа-
тора.
Определить пусковой ток (статора) и пусковой момент двигателя при прямом запуске и при запуске через автотрансформатор с учетом коэффициента трансформации, найденном в физическом эксперименте.
7)Найти синхронную частоту вращения магнитного поля n1, номинальную частоту вращения ротора n2, максимальный вращающий момент двигателя Мmax и номинальную мощность на валу Р2н.
8)Полагая, что найденные по результатам физического эксперимента па-
раметры |
′ |
и |
′ |
приведенного трансформатора являются параметрами обмот- |
R2 |
X2 |
ки ротора асинхронного двигателя, рассчитать ток ротора при номинальном скольжении.
Примечание. Падением напряжения в обмотке статора ( R1 и X1 ) пренебречь, т.е. считать что U1 = U0 . Параметры асинхронного трехфазного двигателя
скороткозамкнутым ротором заданы вариантом задания.
9)Построить графики зависимостей вращающего момента от скольжения
М(s) и механической характеристики двигателя n2(М) в режимах от холостого хода до полного торможения.
Примечание. Характеристики строить при s = 0, s = sн, |
s= ( sн+ sкр)/2, |
s = 0,2(1-sкр), s = 0,4(1-sкр), s = 0,6(1-sкр), s = 0,8(1-sкр), |
s = 1. |
44
§ 2.4. Варианты данных к заданию Модуля 5
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
р |
5 |
4 |
8 |
3 |
6 |
Мн, Нм; |
20 |
30 |
35 |
25 |
40 |
Iн, А |
30 |
40 |
18 |
60 |
20 |
|
|
|
|
|
Таблица 2.2 |
вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
s н ,% |
2,3 |
3,6 |
5,9 |
4,2 |
4,6 |
Мп/Мн=m1 |
1,1 |
1,15 |
1,12 |
1,18 |
1,22 |
|
|
|
|
|
Таблица 2.3 |
вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
sкр ,%; |
12 |
15 |
10 |
16 |
20 |
Iп/Iн= m2 |
5,5 |
7 |
6 |
5,5 |
6,5 |
§ 2.5. Лабораторное исследование к заданию Модуля 5
Цель исследования: изучение экспериментальных и расчетных методов анализа режимов работы однофазного трансформатора, получение дополнительных исходных данных для выполнения задания.
Подготовка к экспериментальному исследованию:
1. Изучить теоретические вопросы:
•Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.
•Идеализированный трансформатор. Коэффициент трансформации.
•Реальный однофазный трансформатор. Уравнения электрического состояния, схема замещения и векторная диаграмма.
•Режимы работы трансформатора: холостой ход, короткое замыкание, нагрузочный.
2. Подготовить бланк протокола лабораторного исследования. Он должен содержать:
- схему электрической цепи для исследования различных режимов работы трансформатора (рис.2.1), таблицу 2.4, формулы для расчета коэффициента трансформации по напряжению KU , коэффициента мощности cosϕ1 , мощности
P2 , КПД трансформатора η , процентного изменения напряжения трансформатора U2 .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.4 |
|
|
|
|
Измерено |
|
|
Вычислено |
|
||||
№ п/п |
|
U1 |
I1 |
P1 |
U2 |
|
I2 |
P2 |
cosϕ1 |
η |
U2 |
Режимы |
|
|
В |
А |
Вт |
В |
|
В |
Вт |
- |
- |
% |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Описание лабораторной установки:
Исследуемый трансформатор T 2 подключен к выходным зажимам комплекта измерительных приборов К-505 (рис2.1). Напряжение, подаваемое на исследуемый трансформатор, регулируется с помощью лабораторно автотрансформатора T1, входные зажимы которого подключаются к автоматическому выключателю сети синусоидального напряжения 220В частотой f = 50 Гц. Ис-
следуемый режим работы трансформатора определяется сопротивлением нагрузки Rн и контролируется с помощью амперметра pA2 и вольтметра pV 2.
|
|
|
К-505 |
|
T2 |
|
pА1 |
|
|
А |
|
А |
A |
||
|
|
|
|
|
|||
|
T1 |
B |
|
B |
|
pV1 |
|
|
C |
|
|
|
|||
~220 |
|
|
C |
V |
|
Rн |
|
|
0 |
|
0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ген. |
|
нагр. |
|
|
|
|
|
V |
A |
W |
|
|
|
Рис.2.1. Схема экспериментальной установки.
Содержание лабораторного исследования:
1.Исследовать режимы работы однофазного трансформатора: холостой ход, короткое замыкание и с различной нагрузкой.
2.По экспериментальным данным определить основные параметры трансформатора и построить его рабочие характеристики.
3.Используя опытные данные рассчитать параметры Т-образной схемы замещения трансформатора и построить векторную диаграмму.
Выполнение лабораторного исследования:
1. Познакомиться с оборудованием и измерительными приборами, используемыми для проведения эксперимента.