Методические указания по проведению лабораторных и практических занятий
Министерство образования Российской Федерации
Государственное автономное общеобразовательное учреждение среднего профессионального образования Нефтекамский нефтяной колледж
Методические указания для студентов по проведению лабораторных и практических занятий
По МДК 01.01 ПМ 01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования
Специальность 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования ( по отраслям)
2015г.
«Рассмотрено» «Утверждаю»
На заседании ЦК Заместитель директора
По уч. Работе:
Бадикшина Ф.А.
Протокол №____ от____ ---------------------------------
Методические указания содержат материал для выполнения студентами лабораторных, практических работ по МДК 01.01 Электрические машины и аппараты ПМ01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования для специальности 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).
Разработчик: Ахметшина Н.Г., преподаватель ГАОУ СПО ННК
Рецензенты:
1.ОАО «НЕФАЗ» Главный энергетик Сарватдинов К.Н.
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
2.ГАОУ СПО ННК преподаватель Хуснуллина Г.М.
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Введение
Методические указания содержат материал для выполнения студентами лабораторных, практических работ по МДК 01.01 Электрические машины и аппараты для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).
МДК 01.01 базируется на знании физики и математики в объеме программы средней школы и дисциплины электротехника и электроника в объеме базовой подготовки. В частности, для изучения дисциплины необходимо знания цепей постоянного и переменного тока, законы Ома, электромагнитной индукции, производной и комплексных чисел. Из курса математики необходимо знание разделов: «Линейная алгебра», «Дифференциальное и интегральное исчисления», «Дифференциальные уравнения», «Теория функций комплексного переменного».
Знания, полученные при изучении МДК 01.01 Электрические машины и аппараты используются в дальнейшем обучении.
Целью изучения МДК 01.01 Электрические машины и аппараты является теоретическая и практическая подготовка студентов в такой степени, чтобы они могли выбирать необходимые электрические машины и аппараты, уметь объяснить их работу и правильно эксплуатировать.
Основные задачи изучения дисциплины:
– формирование у студентов необходимых знаний в электрических машинах и аппаратах – ознакомление с физическими явлениями происходящих в машинах
и аппаратах в процессе их работы;
– выработка практических навыков аналитического и экспериментального исследования основных процессов, имеющих место в электрических машинах и аппаратах;
– ознакомление с основными видами электрических машин и аппаратов.
В результате теоретического изучения дисциплины студент должен знать:
– технические параметры, характеристики и особенности различных видов электрических машин;
– классификацию и назначение электроприводов,физические процессы в электроприводах;
– выбор электродвигателей и схем управления;
В результате практического освоения дисциплины студент должен уметь:
– определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов,электротехнических устройств и систем;
В ходе теоретического изучения и практического освоения дисциплины студент должен приобрести навыки работы с контрольно-измерительной аппаратурой для исследования характеристик электрических машин и аппаратов.
Эксперименты значительно ускоряют процесс освоения изучаемого материала. Наши лабораторные стенды обеспечивают проведение экспериментальных исследований по исследованию электрических машин и аппаратов. Все лабораторные работы содержат подробные указания по их выполнению.
Методические указания содержат следующие разделы:
- описание лабораторного стенда;
- задание;
- порядок выполнения;
- контрольные вопросы.
В лабораторных работах перед выполнением исследований осуществляется сборка электрической цепи. Выполнение этого этапа работы позволяет приобрести навыки по сборке электрических цепей. Параметры лабораторных работ устанавливаются в соответствии с заданием.
В программе кроме лабораторных работ размещены необходимые для выполнения экспериментов сведения из соответствующих разделов теории, в виде текста и формул.
В методических указаниях по выполнению практических работ содержатся
краткие теоретические сведения по темам и задания согласно вариантам, соответствующим порядковому номеру учащегося в журнале учебных занятий.
Правила внутреннего распорядка и техники безопасности.
При работе в лаборатории МДК 01.01 Электрические машины и аппараты во избежание несчастных случаев, а также преждевременного выхода из строя приборов и электрооборудования студент должен строго выполнять следующие правила внутреннего распорядка и техники безопасности:
1. При работе в лаборатории запрещается приносить с собой вещи
и предметы, загромождающие рабочие места, громко разговаривать и переходить от одного стола к другому.
2. Сборку электрической цепи производят соединительными проводами
при выключенном напряжении питания, в строгом соответствии со схемой, представленной в методических указаниях, обеспечивая при этом надежность электрических контактов всех разъемных соединений.
3. Включение электрической цепи производится только после ее проверки преподавателем.
4. Запрещается касаться токоведущих частей приборов, оголенных проводников, если схема находится под напряжением.
5. При обнаружении неисправностей в электрической цепи, повреждений
электрического оборудования или приборов, а также при появлении дыма, специфического запаха или искрения необходимо немедленно выключить напряжение питания стола и известить об этом преподавателя.
6. Переключения и исправления в собранной электрической цепи следует производить только при отключенном напряжении питания.
7. При получении механической, тепловой или электрической травмы следует оказать пострадавшему первую помощь и при необходимости вызвать врача по телефон у 03. При возникновении пожара следует эвакуироваться и з лаборатории и вызвать пожарную охрану по телефону 01.
8. После выполнения лабораторной работы необходимо выключить напряжение питания стенда, разобрать исследуемую электрическую цепь и привести в порядок рабочее место.
Следует помнить, что тело человека является хорошим проводником.
На исход воздействия тока на организм человека влияют его величина, длительность протекания, путь прохождения, а также сопротивление человеческого тела. Различают следующие предельные значения переменного тока частотой 50 Гц при протекании по пути рука -рука :
1) ощутимый ток (0 ,6- 1,5 мА) : легкое покалывание и слабый зуд;
2) неотпускающий ток (10-15 мА) : постра давший чувствует непереносимую боль , не может разжать руку с проводом ;
3)фибрилляционный ток (более 100 мА) : частые сокращения волокон
сердечной мышцы, что может привести к смерти.
Напряжение, превышающее 42В, является опасным для жизни!
Рекомендации по выполнению исследовательских заданий.
Перед выполнением лабораторного исследования студент должен:
1)изучить теоретический материал по соответствующему вопросу;
2)ознакомиться с порядком выполнения эксперимента и установить, в чем состоит его основная цель и задача;
3) подготовить в рабочей тетради соответствующие схемы, таблицы и расчетные формулы.
Успешное выполнение лабораторных работ может быть достигнуто лишь в
случае, когда экспериментатор отчетливо представляет себе цель опыта и ожидаемые результаты. В начале каждого занятия преподаватель проверяет готовность студентов к выполнению лабораторной работы. По результатам этой проверки делается заключение, имеет ли студент отчетливое представление о цели эксперимента и характере ожидаемых результатов. Если подготовка к лабораторной работе признается удовлетворительной, (непременное условие эффективности проведения опытов), то студент получает допуск к выполнению.
Каждый студент должен участвовать в сборке схемы, проведении измерений и математической обработке результатов. Ситуация, когда один студент выполняет все измерения, а другой занимается заполнением таблиц и оформлением отчета, является неприемлимой.
Результаты проведенного исследования оформляются в виде отчета в рабочей тетради или на отдельных листах бумаги. Отчет должен содержать:
1) название и номер учебного исследования;
2) принципиальную схему электрической цепи в соответствии с ГОСТом;
3) таблицу результатов измерений ;
4) примеры вычислений каждой величины;
5) графики изучаемых зависимостей ;
6) векторные диаграммы (если необходимо);
7) ответы на контрольные вопросы.
Перед построением графиков и векторных диаграмм следует выбрать удобный масштаб так, чтобы они вместились на странице и в то же время не были бы слишком мелкими. Например для напряжения и тока следует использовать разные масштабы (1 см - 10 В, 2 см - 1 А). Рядом с осями координат следует написать обозначения величин и указать единицы измерения. Схемы, графики и векторные диаграммы вычерчиваются карандашом и по линейке.
Лабораторная работа:
Тема: Снятие кривой нагрева и охлаждения катушки электромагнита при кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы.
Цель: Научиться строить кривые процесса нагрева и охлаждения катушки электромагнита при различных режимах работы.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: как следует нагрузить катушку электромагнита, чтобы его превышение температуры к концу режима достигло допустимого значения.
уметь: определять среднее превышение температуры катушки.
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А3 Выпрямитель 322 400 В / 2 А
А4Однофазный трансформатор 372 120 ВА, 220/24 ВА23 Блок испытаний электрических аппаратов 382 Электромагнит
- 24 В, 5А
Р1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.
Активизируйте используемые мультиметры Р1.1 и Р1.2.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, установите ток, протекающий по обмотке электромагнита близкий к номинальному 5 А и сразу запишите в табл. 1.1.1 (в столбец «Кратковременный режим») время начала эксперимента и начальную температуру электромагнита. По мере увеличения температуры поддерживаёте ток близким к номинальному, путем увеличения напряжения питания
Таблица 1.1.1
Кратковременный режим Повторно-кратковременный режим
Время
t, мин I, А Температура
Т, оСВремя
t, мин I, А Температура
Т, оС00 00 02 01 04 02 06 03 08 04 10 05 12 06 0
(Выключено) 14 07 16 08 18 09 20 10 22 0
(Выключено)
11 24 12 26 13 28 14 30 15 32 16 0
(Выключено) 34 17 36 18 38 19 40 20 *Через каждые 2 мин. до 20 мин. записывайте в табл. 1.1.1 значения тока и температуры.
* Через 20 мин. отключите питание на блоке автотрансформатора и продолжайте записывать температуру ещё в течение 20 мин.
*Подождите несколько минут, пока температура электромагнита примерно сравняется с температурой окружающей среды, и повторите опыт, записывая температуру через каждую минуту при включении и отключении питания электромагнита через каждые пять минут. (Повторно-кратковременный режим).
*По результатам измерений постройте графики изменения температуры при нагревании и охлаждении в двух режимах.
График изменения температуры при кратковременном и повторно-кратковременном режимах
Лабораторная работа :Тема: Определение зависимости переходного сопротивления контактов от силы сжатия.
Цель: Понять , что многоточечное контактирование обеспечивает более надежный контакт.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: как изменяется переходное сопротивление при больших и малых нажатиях.
уметь: определять область переходного сопротивления при нажатии .Схема электрическая принципиальная
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента
Схема электрическая принципиальная
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
G3 Источник питания с наборным полем 220 +15 B, -14…+14 B,
~0…9 B, 15B
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А6Сдвоенный реактор 373 ~ 220 В / 2×5 А /
0,005 Гн
А4Однофазный трансформатор 372 120 ВА /
220/24 ВА 23 Блок испытаний электрических аппаратов 382 Контактная группа
380 В, 10 А
Р1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
- Набор миниблоков 600.10 20 миниблоковУказания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
На блоке испытаний электрических аппаратов ослабьте регулировочный винт положения якоря электромагнита, чтобы он не препятствовал перемещению рычага нагрузочного устройства, и снимите с рычага набор грузиков.
Установите необходимые миниблоки в наборное поле источника питания в соответствии со схемой соединений и соедините аппаратуру в соответствии с этой схемой.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатели «СЕТЬ» источника питания с наборным полем, блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.
Активизируйте используемые мультиметры Р1.1 и Р1.2.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, установите ток в контактной группе примерно 5 А.
Слегка нажимая на рычаг нагрузочного устройства пальцем, убедитесь по милливольтметру, что уменьшается падение напряжение на контактной группе (т.е. сопротивление уменьшается).
Приподнимите пальцем рычаг и запишите в табл. 1.2.1 значения тока в контактной группе и напряжение на выходе усилителя в исходном состоянии (без грузов). В этом состоянии контакты сжимаются пружинами контактной группы с усилием, F0, примерно равным 100 г.
Повесьте на рычаг нагрузочного устройства сначала минимальный груз и, увеличивая его, записывайте в табл. 1.2.1 вес груза Р и значения напряжений на выходе усилителя. Поддерживайте ток в контактах примерно равным 5 А.
Повторите опыт при уменьшении груза. Для большей стабильности результатов каждый раз, после снятия очередного груза слегка приподнимите рычаг рукой и снова его опустите.
Вычислите средние значения напряжения UСР при увеличении и уменьшении груза.
Рассчитайте сопротивление контакта R и силу сжатия F, приходящуюся на один контакт по формулам:
,
где коэффициент 10 является коэффициентом усиления напряжения, а число 4 – количество контактов, соединённых последовательно.
,
где коэффициент 2 учитывает соотношение плеч рычага нагрузочного устройства, а число 4 – количество контактов между которыми распределяется усилие сжатия.
Постройте график изменения сопротивления контакта от силы сжатия R(F).
Таблица 1.2.1
I = ………A Вес груза P, г 0 200 400 600 800 1000
U, мВ (при увеличении P) U, мВ (при уменьшении Р) UСР, мВ R, мОм F, г 100
График изменения сопротивления контакта от силы сжатия
Лабораторная работа:
Тема: Определение погрешности трансформатора тока
Цель: Научиться определять токовую погрешность трансформатора тока
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: как определяется токовая погрешность трансформатора тока
уметь: собирать схему, снимать показания и вычислять токовую погрешность трансформатора тока
Определение погрешности трансформатора тока:
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А4Однофазный трансформатор 372 120 ВА /
220/24 ВА6Сдвоенный реактор 373 ~ 220 В / 2×5 А /
0,005 Гн
А19 Трансформатор тока 403.1 1,0/1,0 А/
Uраб = ~ 660 В/
Sн = 5 ВА
А20 Реостат 323.3 20 Ом / 1,0 АР1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
Установите сопротивление реостата А20 равным, например, 10 Ом.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.
Активизируйте мультиметры блока Р1.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, установите и зафиксируйте (с помощью амперметра Р1.2) первичный ток I1 трансформатора тока А19, равным 1,0 А.
Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.1 и амперметра Р1.3 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора тока А19.
Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 и блока мультиметров Р1.
Вычислите нагрузку трансформатора тока А19 по формуле
S2= U2× I2.
Вычислите погрешность трансформатора тока А19 по формуле
Δ I=( I2/I1-1)100, %.
Лабораторная работа:
Тема: Определение погрешности трансформатора тока и трансформатора напряжения.
Цель: Научиться определять токовую погрешность трансформатора тока и погрешность по напряжению трансформатора напряжения.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: как определяется токовая погрешность трансформатора тока и погрешность по напряжению трансформатора напряжения.
уметь: собирать схему, снимать показания и вычислять токовую погрешность трансформатора тока и погрешность по напряжению трансформатора напряжения.
Определение погрешности трансформатора тока:
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента
Схема электрическая соединений
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А4Однофазный трансформатор 372 120 ВА /
220/24 ВА6Сдвоенный реактор 373 ~ 220 В / 2×5 А /
0,005 Гн
А19 Трансформатор тока 403.1 1,0/1,0 А/
Uраб = ~ 660 В/
Sн = 5 ВА
А20 Реостат 323.3 20 Ом / 1,0 АР1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
Установите сопротивление реостата А20 равным, например, 10 Ом.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.
Активизируйте мультиметры блока Р1.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, установите и зафиксируйте (с помощью амперметра Р1.2) первичный ток I1 трансформатора тока А19, равным 1,0 А.
Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.1 и амперметра Р1.3 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора тока А19.
Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.
Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 и блока мультиметров Р1.
Вычислите нагрузку трансформатора тока А19 по формуле
S2= U2× I2.
Вычислите погрешность трансформатора тока А19 по формуле
Δ I=( I2/I1-1)100, %.
Определение погрешности трансформатора напряжения:
Схемы электрические соединений
Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента
Схема электрическая соединений 1
Схема электрическая соединений 2
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
G2 Трехфазный источник питания 201.2 ~ 400 В / 16 А
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А21 Трансформатор напряжения 405.1 380/127 В /
Sн = 30 ВА
А22 Активная нагрузка 306.2 127 В / 0…80 Вт
Р1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1 или трехфазного источника питания G2.
Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений 1 или 2.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 (для схемы 1) в крайнее по часовой стрелке положение.
Установите активную нагрузку А22 равной, например, 50 %.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.
Активизируйте мультиметры блока Р1.
Включите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 1) или включите трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).
Зафиксируйте (с помощью вольтметра Р1.1) первичное напряжение U1 трансформатора напряжения А21.
Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.3 и амперметра Р1.2 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора напряжения А21.
Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1 (для схемы 1) или трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).
Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 1) и блока мультиметров Р1.
Вычислите нагрузку трансформатора напряжения А21 по формуле
S2= U2× I2.
Вычислите погрешность трансформатора напряжения А21 по формуле
Δ U=( U2/U1-1)100, %.
Лабораторная работа :Тема: Определение погрешности трансформатора напряжения.
Цель: Научиться определять токовую погрешность трансформатора напряжения.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: как определяется погрешность трансформатора напряжения.
уметь: собирать схему, снимать показания и вычислять погрешность трансформатора напряжения.
Определение погрешности трансформатора напряжения:
Схемы электрические соединений
Перечень аппаратуры
Указания по проведению эксперимента
Схема электрическая соединений 1
Схема электрическая соединений 2
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Однофазный источник питания 218 ~ 220 В / 16 А
G2 Трехфазный источник питания 201.2 ~ 400 В / 16 А
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А21 Трансформатор напряжения 405.1 380/127 В /
Sн = 30 ВА
А22 Активная нагрузка 306.2 127 В / 0…80 Вт
Р1Блок мультиметров508.3 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1 или трехфазного источника питания G2.
Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений 1 или 2.
Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 (для схемы 1) в крайнее по часовой стрелке положение.
Установите активную нагрузку А22 равной, например, 50 %.
Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.
Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.
Активизируйте мультиметры блока Р1.
Включите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 1) или включите трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).
Зафиксируйте (с помощью вольтметра Р1.1) первичное напряжение U1 трансформатора напряжения А21.
Зафиксируйте с помощью вольтметра Р1.3 и амперметра Р1.2 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора напряжения А21.
Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1 (для схемы 1) или трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).
Отключите выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 1) и блока мультиметров Р1.
Вычислите нагрузку трансформатора напряжения А21 по формуле
S2= U2× I2.
Вычислите погрешность трансформатора напряжения А21 по формуле
Δ U=( U2/U1-1)100, %.
Лабораторная работа :Тема: Снятие и определение характеристик холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) однофазного трансформатора Цель: Ознакомиться с устройством трансформатора.Освоить практические приемы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: какой режим в трансформаторе называется режимом холостого хода.
уметь: опытным путем определелять параметры схемы замещения.
Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке (Zн=∞, I2 = 0). В этом случае уравнения напряжений и токов принимают вид
Так как полезная мощность при работе трансформатора вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в режиме х.х. Р0 расходуется на магнитные потери в магнитопроводе Рм, (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и электрические потери в меди I02r1, (потери на нагрев обмотки при прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако ввиду небольшого значения тока I0, который обычно не превышает 2—10% от I1ном, электрическими потерями I02r1, можно пренебречь и считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные потери в трансформаторе принято называть потерями холостого хода.
Рис. 1. Схемы опыта х.х. трансформаторов однофазного (а), трехфазного (б)
Напряжение к первичной обмотке, трансформатора подводят через однофазный регулятор напряжения РНО, позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15U1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов, а затем строят характеристики х.х.: зависимости тока х.х. Iо, мощности х.х. Р0 и коэффициента мощности х.х. соsφ0 от первичного напряжения U1 (рис. 2).
Рис. 2Характеристики х.х. трансформатора
В случае опыта холостого хода с трехфазным трансформатором напряжение U1 устанавливают при помощи трехфазного регулятора напряжения РНТ. Характеристики х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:
Коэффициент мощности для однофазного трансформатора
где Pо' и Pо" — показания однофазных ваттметров; U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.
По данным опыта х.х. можно определить: коэффициент трансформации
k = U1/U20 = wl/w2;
ток х.х. при U1ном (в процентах от номинального первичного тока)
i0=(Iо ном/I1 ном)100;
потери х.х. Р0.
В трехфазном трансформаторе токи для трехфазного трансформатора х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему, поэтому мощность Pо следует измерять двумя ваттметрами . Падение напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. I0(r1+jx1) составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви намагничивания:
Обычно в силовых трансформаторах общего назначения средней и большой мощности при номинальном первичном напряжении ток х.х. i0=10÷0,6%.
Если же фактические значения тока х.х. I0ном и мощности х.х. P0ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1ном, заметно превышают величины этих параметров, указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о неисправности этого трансформатора: наличие короткозамкнутых витков в обмотках либо замыкании части пластин магнитопровода.
Рис. 1.31. Схема замещения трансформатора в режиме х.х.
* Электрическая схема соединений
*Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А2Трёхфазная трансформаторная группа 347.1
380 ВА;
230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
Р1Блок мультиметров508.2 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Р2Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В /
0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
*Описание электрической схемы соединений
Автотрансформатор А1 используется в качестве регулируемого источника синусоидального напряжения промышленной частоты.
Один из однофазных трансформаторов трехфазной трансформаторной группы А2 является испытуемым.
С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток и напряжение первичной обмотки испытуемого трансформатора.
С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, потребляемые испытуемым трансформатором.
*Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
*Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" автотрансформатора А1.
*Соедините электрическим шнуром приборную вилку электропитания «220 В» автотрансформатора А1 с розеткой однофазной трехпроводной электрической сети питания напряжением 220 В.
*Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
*Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.
*Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.
*Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.
*Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, изменяйте напряжение U на выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора в диапазоне 0…240 В и заносите показания вольтметра Р1.1 (напряжение U) и амперметра Р1.2 (ток I0 первичной обмотки трансформатора), а также ваттметра и варметра измерителя Р2 (активная P0 и реактивная Q0 мощности, потребляемые трансформатором) в таблицу 1.2.1.
Таблица 1.2.1
U, В I0, мА P0, Вт Q0, Вт *Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.
Используя данные таблицы 1.2.1, вычислите соответствующие напряжению U значения коэффициента мощности по формуле
Занесите полученные результаты в таблицу 1.2.2.
Таблица 1.2.2
U, В cos 0 Используя данные таблиц 1.2.1 и 1.2.2 постройте искомые характеристики холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) однофазного трансформатора.
*Контрольные вопросы:
1.Перечислите элементы активной части трансформатора?
2.Нарисуйте схему замещения трансформатора в режиме холостого хода.
3. Чем объясняется несимметрия токов х.х. в трехфазном трансформаторе?
4. Будет ли изменяться ток х.х. и как при увеличении или уменьшении сечения стержней магнитопровода?
5.На что расходуется активная мощность, потребляемая трансформатором при опыте х.х.
6. К какой обмотке целесообразно подводить напряжение при опыте х.х. Объясните, почему.
7.Изменится ли основной магнитный поток и ток х.х., если трансформатор включить в сеть с частотой выше или ниже номинальной?
8.Объясните принцип регулирования напряжения под нагрузкой.
9. Почему в трехфазном трансформаторе мощность Pо следует измерять двумя ваттметрами
Лабораторная работа :Тема: Подтверждение недопустимости параллельной работы трехфазных трансформаторов с различными группами соединения обмотокЦель: Освоить возможность включения на параллельную работу трансформаторов одинаковой мощности, но различных групп соединений.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: условия включения трансформаторов на параллельную работу.
уметь: опытным путем определелить возможность включения трансформаторов на параллельную работу.
Электрическая схема соединений
Перечень аппаратуры
Описание электрической схемы соединений
Указания по проведению эксперимента
Электрическая схема соединений
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Трехфазный источник питания 201.2 ~ 400 В / 16 А
А2, А7 Трёхфазная трансформаторная
группа 347.1 380 ВА;
230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
Р1Блок мультиметров508.2 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Описание электрической схемы соединений
Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.
Обмотки трехфазных трансформаторных групп А2 и А7 (трехфазных трансформаторов) соединены соответственно по схемам Y / Y и Y / ∆.
С помощью мультиметров блока Р1 контролируются напряжения между одноименными фазами трехфазных трансформаторов.
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.
Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 переключателями установите желаемые номинальные вторичные напряжения трансформаторов, например, 127 и 230 В.
Включите источник G1.
Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.
Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.
С помощью вольтметров Р1.1 и Р1.2 измерьте напряжения U1 и U2.
Отключите источник G1.
Рассчитайте ожидаемую кратность уравнительного тока IУ (по отношению к номинальному току трансформаторов IН) при включении на параллельную работу испытуемых трехфазных трансформаторов с данными группами соединения обмоток по формуле
IУ / IН = U1100 / (2 230UК),
где UК – напряжение короткого замыкания трансформаторов, %.
По ожидаемой величине кратности уравнительного тока сделайте вывод о недопустимости параллельной работы трансформаторов с различными группами соединения обмоток.
Трансформатор U1ном
В UК
% Группа соединений обмоток
А2230 4,5 Y/Y
А7230 4,5 Y/∆
Включение на параллельную работу трансформаторов одинаковой мощности, но различных групп соединений.
Из теории запомните, что такое включение трансформаторов недопустимо, так как появляются уравнительные токи значительно больше номинальных и трансформаторы могут выйти из строя.
Величина уравнительного тока определяется по формуле:
Iур =ΔU / 2Zк,
где ΔU – разностное напряжение определяется по формуле:
ΔU = 2U1ф · sin α/2,
где α – угол в градусах между номерами групп соединения трансформаторов определяется по формуле
α = (N1 – N2) · 30˚,
где N1 и N2 – номера групп соединения трансформаторов, включаемых на параллельную работу.
Пример 5. Определить уравнительный ток, который будет протекать между двумя трёхфазными трансформаторами, включёнными на параллельную работу при различных группах соединений: Y/Y – 2 и Y/Y – 4.Данные трансформаторов: Sном = 160 кВА; U1ном = 10 кВ; uк = 4,5%
Решение:
Угол между номерами групп соединения трансформаторов определяется по формуле :
α = (N1 – N2) · 30 = (4 -2) · 30 = 60˚.
Величина разностного напряжения определяется по формуле :ΔU = 2U1ф sinα/2 = 2 · 5,78 sin 60 /2 = 5,78 кВ.
Уравнительный ток определяется по формуле :Iур = ΔU / 2Zк = (5,78 · 10³) / (2 · 28,1),
Iу / I1ном = 102,8 / 9,25 = 11,1,
Так как уравнительный ток больше номинального в 11,1 раза, то трансформаторы на параллельную работу включать нельзя.
Лабораторная работа :Тема: Снятие и определение характеристик холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Цель: Приобрести практические навыки получения данных для построения рабочих характеристик.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: опытное определение параметров рабочих характеристик
уметь: выполнять измерения опыта, вычислять и строить характеристики холостого хода.
Методические указания:
Существует два метода получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей: метод непосредственной нагрузки и косвенный метод.
Метод непосредственной нагрузки заключается в опытном исследовании двигателя в диапазоне нагрузок от холостого хода до режима номинальной нагрузки с измерением необходимых параметров. Этот метод обычно применяется для двигателей мощностью не более 10—15 кВт.
Применение этого метода ограничено.
Косвенный метод применение не ограничивается мощностью двигателя. Этот метод заключается в выполнении двух экспериментов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.
Опыт холостого хода
Опыт начинают с повышенного напряжения питания U1 = 1,15 Uном, затем постепенно понижают напряжение до 0,4 Uном так, чтобы снять показания приборов в 5—7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номинальному напряжению U1ном. Измеряют линейные значения напряжений и токов и вычисляют их средние значения:
Uср = (UАВ + UВС + UСА)/ 3
I0ср = (IОА + IОВ + IOC)/ 3
а затем в зависимости от схемы соединения обмотки статора определяют фазные значения напряжения и тока х.х.: при соединении в звезду
U1 = Uср/ ; I0 = Iср
при соединении в треугольник
U1 = Ucp; U0 = I0cp/.
Р0 = m1 I20 r1 + Рм + Рмех
Сумма магнитных и механических потерь двигателя (Вт)
P/0 = Рм + Рмех = Р0 – m1 I20 r1
Коэффициент мощности для режима х.х.
cоs φ0 = Р0/ (m1 U1 I0).
По результатам измерений и вычислений строят характеристики х.х. I0, P0, P/0 и соs φ0 = f(U1), на которых отмечают значения величин I0ном, Р0ном, Р/0ном и соs φ0 соответствующих номинальному напряжению U1ном (рис. 1).
Если график Р/0 =f(U1) продолжить до пересечения с осью ординат (U1 = 0), то получим величину потерь Рмех ( т.к. при U1 = 0 → Ф = 0 → Рм = 0).
.
Рм = Р/0 – Рмех
Характеристики х.х. трехфазного асинхронного
двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование
G1 Трехфазный источник питания
G5 Преобразователь угловых перемещений
М1Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
М2Машина постоянного тока
А2,А7 Трёхфазная трансформаторная группа
А6Трехполюсный выключатель
А14 Линейный реактор
Р1Блок мультиметровР2Измеритель мощностей
Р3 Указатель частоты вращения
Описание электрической схемы соединений
Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.
Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.
Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазные трансформаторные группы А2,А7 от трехфазного источника питания G1.
Линейный реактор А14 служит для дополнительного понижения напряжения, подводимого к испытуемому двигателю М1.
С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток статорной обмотки и линейное напряжение испытуемого двигателя М1.
С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, потребляемые одной фазой испытуемого двигателя М1.
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.
Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
Переключатели режима работы выключателей А6 и А8 установите в положение "РУЧН.".
В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 установите номинальные вторичные напряжения трансформаторов 127 В и 127 В.
Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.
Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.
Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.
Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.
Меняя положение регулировочных рукояток трехфазных трансформаторных групп А2 и А7, варьируйте подводимое к двигателю М1 линейное напряжение U в диапазоне 100…250 В и заносите показания вольтметра Р1.1 (напряжение U), амперметра Р1.2 (фазный ток I0 двигателя М1), а также ваттметра и варметра измерителя Р2 (активная P01 и реактивная Q01 мощности, потребляемые одной фазой двигателя М1) в таблицу 4.2.1.
Таблица 4.2.1
U, В I0, А P01, Вт Q01, Вт Отключите источник G1.
Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.
Используя данные таблицы 4.2.1, вычислите соответствующие напряжению U полные активную Р0 и реактивную Q0 мощности, потребляемые двигателем М1, по формулам:
Р0=3∙Р01,Q0=3∙Q01
и занесите их в таблицу 4.2.2.
Таблица 4.2.2
U,В P0, Вт Q0, Вт Используя данные таблицы 4.2.2, вычислите соответствующие напряжению U значения коэффициента мощности по формуле
и занесите полученные результаты в таблицу 4.2.3.
Таблица 4.2.3
U, В cos 0 При необходимости большей вариативности значений напряжения U, повторите эксперимент при закороченном линейном реакторе А14.
Используя данные таблиц 4.2.2 и 4.2.3 постройте искомые характеристики холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ0=f(U) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Контрольные вопросы к лабораторной работе
1.С какой целью выполняют опыт холостого хода?
2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки?
3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.?
Лабораторная работа :Тема: Определение механической характеристики n=f(М) двигателя постоянного тока с независимым возбуждением(ДПТ НВ).
Цель: Изучить механические характеристики ДПТ НВ, приобрести практические навыки при снятии данных для построения механической характеристики двигателя.
По окончании выполнения лабораторной работы студент должен
знать: механическую характеристику ДПТ НВ .уметь: выполнять измерения опыта, вычислять и строить механическую характеристику.
Перечень аппаратуры
Обозначение Наименование Тип Параметры
G1 Трехфазный источник питания 201.2 ~ 400 В / 16 А
G2 Источник питания двигателя
постоянного тока 206.1 0…250 В /
3 А (якорь) /
200 В / 1 А (возбуждение)
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов
за оборот
М1Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 106 120 Вт / ~ 380 В /
1500 мин1
М2Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В /
0,56 А (якорь) /
2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
А1Регулируемый автотрансформатор 318.1 ~ 0…240 В / 2 А
А18 Выпрямитель 322 ~ 400 В / 2 А
Р1Блок мультиметров508.2 3 мультиметра 0...1000 В /
0...10 А /
0…20 МОм
Р3 Указатель частоты вращения 506.2 -2000…0…2000 мин1
Описание электрических схем соединений
Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.
Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с независимым возбуждением и для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и обмотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с параллельным / последовательным возбуждением.
Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором М1 выполняет роль электромагнитного тормоза, статорная обмотка которого питается постоянным током через выпрямитель А18 от регулируемого автотрансформатора А1.
С помощью мультиметров блока Р1 контролируются напряжение и ток якорной обмотки двигателя М2.
Указания по проведению эксперимента
Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
Соедините гнезда защитного заземления "" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.
Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений .Переключатель режима работы источника G2 установите в положение "РУЧН.".
Регулировочные рукоятки источника G2 и автотрансформатора А1 поверните против часовой стрелки до упора.
Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и указателя частоты вращения Р3.
Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.
Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.
Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.
Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните двигатель М2 до частоты вращения n, например, равной 1500 мин-1.
Включите выключатель "СЕТЬ" автотрансформатора А1.
Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1, изменяйте ток якоря I (ток не должен превышать значения 1,0 А) двигателя М2 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), вольтметра Р1.2 (напряжение U якоря двигателя М2) и указателя Р3 (частота вращения n) в таблицу 3.2.1.
Таблица 3.2.1.
I, A U, В n, мин1 По завершении эксперимента сначала у автотрансформатора А1, а затем у источника G2 поверните регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора и отключите выключатели "СЕТЬ". Отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб.
Используя данные таблицы 3.2.1, для каждого значения частоты вращения n вычислите по формуле
[H . м]
и занесите в табл. 3.2.2 значения электромагнитного момента двигателя М2.
Таблица 3.2.2.
n, мин1 М, Н·м Используя данные таблицы 3.2.2 постройте искомую статическую механическую характеристику n=f(М) двигателя постоянного тока.
Контрольные вопросы:(Ответ на вопрос должен быть с пояснением. Например, на 1 вопрос должно быть дано выражение и написано , что определяется по данному выражению).
1.Напишите выражение по которому определяется частота вращения якоря двигателя постоянного тока.
2.Напишите уравнение по которому можно построить механическую характеристику ДПТ НВ.
3.Графически представьте механическую характеристику ДПТ и покажите на характеристике пограничную частоту вращения и перепад частоты вращения.
4. Поясните понятие «реостатная» характеристика.
5.Поясните, как изменится потребляемая мощность ДПТ НВ если увеличить нагрузку в 4 раза.
Практическая работа :Тема:Определение электродинамических сил и вращающего момента, действующих на нож разъединителя.
Цель занятия: Определить электродинамическую силу и вращающий момент, действующие на нож разъединителя, имеющего токоведущую цепь П — образной формы.
По окончании выполнения практической работы студент должен
знать: методику расчета электродинамической силы
уметь: выполнять расчеты по определению электродинамической силы.
Общие сведения:
Силы и момент, действующие на перемычку.
В электрических аппаратах очень часто встречаются расположение частей токоведущего контура под прямым углом.
Сила, действующая на элемент перемычки dx, равна:
dFx = i βx dx.
Индукция Bx от полубесконечного проводника в точке на расстоянии x от его оси равна:
(1-14)
Указанный (1-14) закон изменения индукции справедлив во всех точках пространства, за исключением x < r.
Сила на участке x равна Fx = 10-7∙i2 . Тогда полная сила F, действующая на перемычку на длине от r до а, будет равна:
(1-15)
Если длина вертикального проводника конечна, то индукция в действительности меньше, чем это следует из уравнения (1-14), а реальная сила, действующая на перемычку, меньше, чем дает уравнение (1-15).
Распределение силы вдоль перемычки представлена на рис. 1-6, б. По мере удаления от оси вертикального проводника индукция уменьшается, что ведет к уменьшению силы.
Рис. 1-6. Электродинамические усилиямежду проводниками, расположенными под углом.
В масляных выключателях и др. аппаратах токоведущая цепь может иметь вид «петли» (рис. 1-6, в). На перемычку в этом случае действует сила как от правого, так и от левого вертикального проводников, т. е. сила будет больше той, которую получаем по формуле (1-15). Если «петля» выполнена из проводников круглого сечения, то силу можно найти, воспользовавшись энергетическим методом.
Известно, что индуктивность П ─ образной петли равна:
(1-16)
Дифференцируя (1-16) по и подставляя в (1-5) получаем:
(1-17)
Формула (1-17) учитывает и силу, возникающую в месте перехода тока из одного проводника в другой.
Если длина соизмерима с расстоянием а, то расчет э.д.у. необходимо производить по формуле, учитывающей конечную длину вертикального проводника:
(1-18)
Следует отметить, что силы, действующие на вертикальные проводники и на горизонтальный проводник, в общем случае, когда длины проводников разные, неодинаковы.
При расчете электродинамической стойкости необходимо определить момент э.д.у. относительно точки вращения подвижного контакта либо относительно точки крепления.
В практике приходится очень часто сталкиваться со сложными токоведущими контурами, состоящими из большого числа проводников. Расчет результирующей силы, действующей на отрезки контура, по аналитическим формулам получается очень сложным, а часто просто невозможным. В этом случае рекомендуется производить расчет с помощью приближенного метода, пригодного даже для случая расположения проводников в разных плоскостях.
Сущность метода состоит в том, что проводник, для которого определяется э.д.у., разбивается на несколько равных участков. С помощью (1-8)
(1-8)
определяется результирующая индукция от всех остальных токоведущих частей. Когда все проводники лежат в одной плоскости, векторы индукций в данной точке от любых проводников лежат на одной прямой, перпендикулярной к этой плоскости. Результирующая индукция находится путем алгебраического сложения отдельных составляющих.
Содержание задания и ход решения задачи.
Определить силу и вращающий момент, действующие на нож разъединителя, имеющего токоведущую цепь, аналогичную рис. 1-6, в.
Дано:
Ток к.з. Iк.з. = . . . (кА).
Радиус вертикального стержня: r = . . . (м).
Расстояние между проводниками: а = . . . (м).
Длина вертикального проводника: = . . . (м).
Исходные данные брать из таблицы №1.
Ход решения:
1. Нарисовать рис. 1-6,в.
2. Найти расчетный (ударный) ток:
3. Поскольку длина токоведущих стержней невелика, то расчет силы ведем по формуле (1-18):
4. Расчет момента М01 (относительно точки вращения ножа) произведем, воспользовавшись формулой (1-14):
С учетом силы, возникающей в месте перехода тока из ножа в проводник, имеем:
5. Результаты вычислений занести в таблицу.
Механизм разъединителя должен быть рассчитан так, чтобы надежно выдержать этот момент и полученную в результате решения задачи электродинамическую силу.
Таблица №1.
Исходные данные для задачи расчета силы и вращающего момента,действующих на токоведущую цепь разъединителя по вариантам.
№/№ вариантов Iк.з;кА iуд==1,8√2∙Iк.з.;А (½)μ0iуд2/π==2∙10-7∙iуд2;А r,см l,см а,смFH М01Н∙м
1 60 0,5 15 10 2 70 0,75 20 10 3 80 1,0 30 20 4 90 1,25 40 25 5 100 1,5 45 28 6 60 1,75 50 28 7 70 2,0 55 28 8 80 2,25 60 30 9 90 2,5 70 30 10 100 2,75 75 30 11 70 1,782∙105 6,35∙103 1,75 50 28 1,875∙104 2,685∙103
Контрольные вопросы.
1.Дайте определение электродинамическим силам.
2.Поясните с какой целью выполняют расчет аппарата на электродинамическую устойчивость.
3.Поясните связь между электродинамической устойчивостью и габаритами аппарата.
4.Перечислите два основных метода расчета электродинамических
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА :Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИЛЫ ДЛЯ НЕСИММЕТРИЧНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ
Цель занятия: Определить точку приложения равнодействующей силы для несимметрично расположенных параллельных проводников графическим путём.
По окончании работы студент должен:
Знать: способ определения точки приложения равнодействующей силы .Уметь: определять точку приложения равнодействующих сил.
Общие сведения:
Электродинамические силы взаимодействия между параллельными проводниками бесконечной длины.
На рис. 2.4 представлены два параллельных проводника, по которым проходят токи i1 и i2. Определим электродинамическую силу, действующую на участок l1 проводника I.
Элементарный участок dlz с током i2 создает на участке dl1 с током i1 магнитную индукцию
dB = [μ0/(4π)](i2dl2/r2) sin α.
Рис. 2.4.
Из рис. 2.4 следует, что l2 = а ctg α и r = a/sinα. Тогда dl2 = −[a/(sin2α)] dα, а следовательно,−
dB= [−μ0/(4π)] (i2a/sin2α) (sin2α/а2) sinα dα =
= − [μ0 i2 (4π)] × [(sin α)/a]dα. (2.6)
И соответственно
(2.7)
При достаточно длинном проводнике II можно принять, что α изменяется от α1=0 до α2 = π. Тогда
В = [μ0/(4π)] (i2/a)(cosα1 — cosα2) = [μ0/(2π)]i2/а. (2.8)
Электродинамическая сила, действующая на участок l1 проводника I:
(2.9)
где kK = l1/а.
Таким образом, электродинамическая сила взаимодействия между параллельными проводниками пропорциональна длине участка, для которого определяется сила взаимодействия, произведению значения токов и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками. Ее равнодействующая приложена к середине участка, для которого определяется эта сила.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ.
Рис. 2.5
Необходимо определить силу (рис. 2.5, а), действующую на первый проводник длиной l1 с током i1. По формуле (2.7) получаем, что проводник l2 с током i2 создает на участке dx проводника l1 индукцию В = [μ0/(4π)](i2/a) (cosα1 − cosα2). Но
На элемент проводника dx с током i1 находящийся в однородном магнитном поле с индукцией В, действует сила dF = B i1 dx sinβ. Так как проводники расположены в одной плоскости, то магнитные силовые линии, создаваемые током в одном проводнике, перпендикулярны оси другого проводника, т. е. β = 90° и sinβ = 1. Таким образом, dF=B i1 dx и вследствие того, что
то
(2.10)
Анализируя величину kK по рис. 2.5, б, получаем, что слагаемые числителя,
т. е. выражения, стоящие под корнем, представляют собой или диагонали l1’ l2’, или боковые стороны четырехугольника а1 и а2, построенного на проводниках I и II. Соответственно
kK = [(l1’+l2’ ) − (a1+a2)]/a. (2.11)
Коэффициент контура определяется геометрическими размерами, характеризующими взаимное расположение взаимодействующих проводников. Чтобы его найти, надо из суммы диагоналей четырехугольника, построенного на взаимодействующих проводниках, вычесть сумму боковых сторон и полученную разность разделить на расстояние между проводниками.
В частном случае, когда l1 = l2 = l и b = 0
kK = (2−2a)/a. (2.12)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИЛЫ ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВ.
При симметричном расположении взаимодействующих параллельных проводников направление приложения равнодействующей совпадает с осью симметрии. При несимметричном расположении параллельных проводников электродинамические силы распределяются вдоль проводников неравномерно. В этом случае точку приложения равнодействующей можно определить следующим образом. Проводник I (рис. 2.6, а), подвергающийся воздействию, разбивается на несколько участков 1, 2, 3, 4. Для каждого участка определяется суммарная величина силы. При этом полагают, что на каждом из рассматриваемых участков проводника I сила приложена посередине.
Затем точку приложения равнодействующей можно получить способом сложения параллельных сил, представленном на рис. 2.6, б. Сначала складываются силы F1-2 и F2-3. Для этого к концу вектора силы F1-2 добавляем вектор силы F2-3, а к концу вектора силы F2-3 добавляем вектор силы F1-2. Соединяем прямыми линиями накрест концы векторов сил F1-2 и F2-3 с концами суммарных векторов соответственно. Точка пересечения прямых линий определяет направления действия равнодействующей силы, через которую и проводим вектор этой суммарной силы F1-2+F2-3. Поступая аналогично, складываем полученную суммарную силу участков 1,2 с силой F3-4 участка 3, получим величину и направление равнодействующей всех трёх сил, действующих на проводник I.
Задание:
1. Изучить:
а). Метод расчета электродинамических сил взаимодействия между параллельными проводниками бесконечной длины.
б). Взаимодействие параллельных проводников конечной длины.
в). Определение точки приложения равнодействующей силы для параллельных проводников.
2. Выбрать вариант и значения величин электродинамических сил ,а также длины участков параллельных несимметрично расположенных проводов по таблице №1.
3. Выполнить расчеты и графические построения.
4. Данные занести в таблицу или в рисунки.
Таблица №1.
№/№ вариантов Электродинамические силы, Н.
F1-2 F2-3 F3-4 F4-5 F5-6 F6-7 F7-8 F8-9 F9-10 F10-11
12 23 34 45 56 67 78 89 91 100
Длины участков, в см.
L1-2 L2-3 L3-4 L4-5 L5-6 L6-7 L7-8 L8-9 L9-10 L10-11
1 1,5 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
1 + + + + + + 2 + + + + + +
3 + + + + +
4 + + + + +
5 + + + + + 6 + + + + + + 7 + + + + + +
8 + + + + +
9 + + + + +
10 + + + + + 11 + + + + + +
12 + + + +
13 + + + + + +
14 + + + + + + 15 + + + + + + +
16 + + + + + +
17 + + + + +
18 + + + + +
19 + + + + + 20 + + + + + +
21 + + + + + + 22 + + + + + 23 + + + + + + 24 + + + + + +
25 + + + + + +
26 + + + + + +
27 + + + + + 28 + + + + +
29 + + + + + 30 + + + + + +
6. Выполнить письменный отчет по работе в общепринятой форме.
7. Сдать письменный отчет для проверки преподавателю.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
Запишите:
А) уравнение силы взаимодействия между двумя проводниками один из которых имеет бесконечную длину, а второй конечную длину.
Б) уравнение силы взаимодействия между проводниками конечной и равной длины.
В) уравнение силы взаимодействия между проводниками неравной длины.
Г) уравнение силы взаимодействия между параллельными круглыми проводниками.
Практическая работа
Тема: Расчет схемы замещения трансформатора.
Цель: Научиться выполнять расчет параметров и построение схемы замещения трансформатора.
По окончании выполнения практической работы студент должен
знать: параметры схемы замещения.
уметь: определять параметры схемы замещения и строить схему замещения.
Методические указания:
Необходимо помнить , что в паспортных данных :
1. номинальная мощность Sн, потери холостого хода Р0, потери короткого замыкания Рк указаны для трех фаз,
2. U1 и U2 – номинальные (линейные) напряжения обмоток трансформатора. Коэффициент трансформации определяется по значениям фазных напряжений,
3.под номинальными токами понимаются линейные токи,
4.значения коэффициента полезного действия необходимо определить с точностью до третьего знака.
Основными параметрами трансформатора являются:
1.Sн – номинальная мощность. Это полная мощность в кВА, отдаваемая вторичной обмоткой при условии , что нагревание изоляции обмоток не выйдет за допускаемые пределы;
2.U1н –номинальное первичное напряжение ,кВ;
3. U2н –номинальное вторичное напряжение, кВ; - это напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе и номинальном первичном напряжении. При нагрузке вторичное напряжение U2 – снижается из-за его потерь в трансформаторе.
4.I1н , I2н –номинальные токи. Эти токи, вычисляются по номинальной мощности и номинальному напряжению обмоток.
Для трехфазного трансформатора:
I1= (Sн *103)/(√3 U1н) ; I2= (Sн *103)/(√3 U2н) ;
Соотношение фазных и линейных напряжений и токов зависят от схемы соединения обмоток трансформатора:
При соединении звездой:
Uф=Uл /√3 ; Iф=Iл
При соединении треугольником:
Uф=Uл; Iф=Iл//√3
Схема замещения строится на фазу. Параметры схемы замещения трансформатора определяются по фазным значениям.
P0ф = P0/3; Pкф = Pк/3;
Значение тока холостого хода следует перевести в Амперы , а напряжение короткого замыкания в Вольты:
I0(A)= (i0/100) I1н (А); Uк= (uк/100)(U1ном/√3) (В)
Тогда:
Z0= U1ф/ I0; P0= P0ф/ I02; X0=√ Z02- R02;
Zк= Uк/ I1н; Rк = Pк/ I1н2; Xк=√ Zк2- Rк2;
R1= R2= Rк/2; X1= X2= Xк/2.
Задание: По приведенным в таблице№1 техническим данным трехфазного двухобмоточного трансформатора : 1. изобразить Т-образную схему замещения одной фазы;
2.расчитать параметры схемы замещения (расчет производить с пояснениями) и результаты записать в таблицу №2. Таблица №1
№ вар. Тип трансформатора SнкВАU1
кВ U2
кВ Схема и группа соединения Потери Uк
% I0
%
х.хР0Вт к.зРкВт 1 ТМ-25/6-65 25 6 0,23 Y/Y 12,5 600 4,5 3,2
2 ТМ-25/10-65 25 10 0,4 Y/Y 12,5 690 4,7 3,2
3 ТМ-630/10-68 630 10 0,23 Y/∆ 1680 7600 5,5 2,0
4 ТМ-400/6-68 400 6 0,23 Y/∆ 1080 5500 4,5 2,1
5 ТМ-160/10-68 160 10 0,4 Y/Y 540 3100 4,7 2,4
6 ТМ-250/10-68 250 10 0,23 Y/∆ 780 3700 4,5 2,3
7 ТМ-63/6-66 63 6 0,4 Y/Y 265 1470 5,3 2,8
8 ТМ-100/10-66 100 10 0,23 Y/Y 365 1970 4,5 2,6
9 ТМ-40/10-65 40 10 0,4 Y/Y 180 1000 4,7 3,0
10 ТМ-630/6-68 630 6 0,23 Y/∆ 1680 7600 5,5 2,0
11 ТМ-25/6-65 20 6 0,23 Y/∆ 12,5 690 4,5 3,2
12 ТМ-25/10-65 25 10 0,4 Y/∆ 12,5 680 5,5 2,2
13 ТМ-630/10-68 630 6 0,23 Y/Y 16,8 760 5,5 2,0
14 ТМ-400/6-68 410 6 0,23 Y/∆ 10,8 550 4,5 2,1
15 ТМ-160/10-68 160 8 0,38 Y/Y 540 310 4,7 2,4
16 ТМ-63/6-66 245 10 0.26 Y/∆ 780 3700 4,5 2,3
17 ТМ-63/6-66 63 6 0,38 Y/∆ 265 1470 5,3 2,8
18 ТМ-100/10-66 100 10 0,23 Y/∆ 365 1970 4,5 2,6
19 ТМ-40/10-65 40 10 0,4 Y/∆ 180 1000 4,7 3,0
20 ТМ-630/6-68 63 6 0,23 Y/∆ 680 760 4,5 2,2
Таблица №2
Ном. линейный ток
I1н Ном. линейный ток
I2н Ном. фазное напряжение
U1ф Ном. фазное напряжение
U2ф Ном. фазный ток
I1ф Ном. фазный ток
I2ф Ток Х.х. первичной обмотки
I10 Напр.кзU1к
Мощность в режиме х.х R0
Полное сопротивление ветви намаг. Z0 X0 Pк Zк Xк R1 X1
Практическая работа
Тема: Расчет внешней характеристики трансформатора
Цель: Научиться выполнять расчет и построение внешней характеристики.
По окончании выполнения практической работы студент должен
знать: как изменяется вторичное напряжение () трансформатора при колебаниях нагрузки.
уметь: определять изменение вторичного напряжения при различных нагрузках.
Общие сведения:
Внешняя характеристика трансформатора:
При колебаниях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение меняется. В этом можно убедится, воспользовавшись упрощенной схемой замещения трансформатора из которой следует, что
Измерение вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением
Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. В силовых трансформаторах за номинальное вторичное напряжение принимают напряжение на зажимах вторичной обмотки при номинальном первичном напряжении .
Рис. Внешние характеристики трансфоматора.
Вид внешней характеристики (рис.) зависит от характера нагрузки трансформатора (cos2). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить и по выражению:
путем расчета для разных значений и cos2.
Наибольшее значение изменения напряжения имеет место при равенстве углов фазового сдвига 2=к, тогда cos(k-2)=1.
Необходимо помнить:
1.Вторичное напряжение трансформатора в % при любой нагрузке определяется по формуле:
∆U2=β(Uка* cos2+ Uкр*sin2 ),%.
где: β=I2/I2н – коэффициент нагрузки.
Uка=(Pк/Sн)*100% - активная составляющая напряжения короткого замыкания;
Uкр=√Uк2- Uка2 - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания;
2. Для построения внешней характеристики определяем изменение вторичного напряжения в вольтах:
∆U2= U2н/100 *∆U2(%); В
3.Тогда вторичное напряжение равно:
U2= U2н - ∆U2; В
4.Данные расчета сводим в таблицу и строим внешнюю характеристику :-зависимость вторичного напряжения от нагрузки : U2=φ(ββ 0,05 0,25 0,5 0,75 1,0 1,2
∆U2(%) ∆U2(В) U2(В) 5. Коэффициент полезного действия при любой нагрузке определяется по формуле:
ɳ= 1(P0 + β2Pк)/(β Sн cos2 + P0 + β2Pк);
где:
β- коэффициент нагрузки
P0 -потери х.х ,Вт
Pк –потери к.з., Вт
Sн-номинальная мощность, ВА
6.Данные расчета сводим в таблицу и строим зависимость: ɳ= φ(β)β 0,05 0,25 0,5 0,75 1,0 1,2
ɳ Задание: Для трансформатора, данные которого приведены в табл. 1, рассчитать и построить:
1. изменение вторичного напряжения при коэффициенте нагрузки (=0,05;0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,2) с коэффициентом мощности cos2 = 0,8 для активно- индуктивной нагрузки и построить внешнюю характеристику.
2. коэффициент полезного действия при коэффициенте нагрузки(=0,05;0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,2) с коэффициентом мощности cos2 = 0,8 для активно- индуктивной нагрузки и построить характеристику.
Табл.№1
№ вар. Тип трансформатора SнкВАU1
кВ U2
кВ Схема и группа соединения Потери Uк
% I0
%
х.хР0Вт к.зРкВт 1 ТМ-25/6-65 25 6 0,23 Y/Y 12,5 600 4,5 3,2
2 ТМ-25/10-65 25 10 0,4 Y/Y 12,5 690 4,7 3,2
3 ТМ-630/10-68 630 10 0,23 Y/∆ 1680 7600 5,5 2,0
4 ТМ-400/6-68 400 6 0,23 Y/∆ 1080 5500 4,5 2,1
5 ТМ-160/10-68 160 10 0,4 Y/Y 540 3100 4,7 2,4
6 ТМ-250/10-68 250 10 0,23 Y/∆ 780 3700 4,5 2,3
7 ТМ-63/6-66 63 6 0,4 Y/Y 265 1470 5,3 2,8
8 ТМ-100/10-66 100 10 0,23 Y/Y 365 1970 4,5 2,6
9 ТМ-40/10-65 40 10 0,4 Y/Y 180 1000 4,7 3,0
10 ТМ-630/6-68 630 6 0,23 Y/∆ 1680 7600 5,5 2,0
11 ТМ-25/6-65 20 6 0,23 Y/∆ 12,5 690 4,5 3,2
12 ТМ-25/10-65 25 10 0,4 Y/∆ 12,5 680 5,5 2,2
13 ТМ-630/10-68 630 6 0,23 Y/Y 16,8 760 5,5 2,0
14 ТМ-400/6-68 410 6 0,23 Y/∆ 10,8 550 4,5 2,1
15 ТМ-160/10-68 160 8 0,38 Y/Y 540 310 4,7 2,4
16 ТМ-63/6-66 245 10 0.26 Y/∆ 780 3700 4,5 2,3
17 ТМ-63/6-66 63 6 0,38 Y/∆ 265 1470 5,3 2,8
18 ТМ-100/10-66 100 10 0,23 Y/∆ 365 1970 4,5 2,6
19 ТМ-40/10-65 40 10 0,4 Y/∆ 180 1000 4,7 3,0
20 ТМ-630/6-68 63 6 0,23 Y/∆ 680 760 4,5 2,2
Практическая работа
Тема: Определение нагрузки трансформаторов при параллельной работе.
Цель: Научиться определять нагрузку трансформаторов при параллельной работе.
По окончании выполнения практической работы студент должен
знать: условия при которых допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов.
уметь: выполнять расчеты по определению нагрузки трансформаторов при параллельной работе.
Общие сведения:
Необходимо помнить:
Необходимо помнить, что нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределяется прямо пропорционально их номинальным мощностям и обратно пропорционально напряжениям короткого замыкания
Если параллельно работают «n» трансформаторов, то, при известной общей нагрузке Sобщ и при известных номинальных мощностях и напряжениях короткого замыкания, нагрузку любого из них можно определить следующим образом:
Sобщ Sном х Sx = ———— · ——— ,
Σ(Sном х / uкх) uкх
Где:
Sх – нагрузка одного из параллельно работающих трансформаторов, кВА;
Sном х – номинальная мощность данного трансформатора, кВА;
uкх – напряжение короткого замыкания данного трансформатора, %;
Sобщ – общая нагрузка всех включённых на параллельную работу трансформаторов, которая не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов, кВА.
Sобщ = Sном1 + Sном2 + … + Sном n ,
Σ(Sном х / uк х) = (Sном1 / uк1) + (Sном2 / uк2) + … + (Sном n / uк n).
Сравнивая нагрузку на трансформатор с его номинальной мощностью, можно определить, недогружен или перегружен данный трансформатор и на сколько процентов.
Задание :Tри трёхфазных трансформатора с одинаковыми группами соединений обмоток включены параллельно на общую нагрузку . Трансформаторы имеют следующие данные:
№ вар Sном1, кВАSном2,
кВАSном3,
кВАuк1 Uк2 Uк3 № вар Sном1, кВАSном2, кВАSном3, кВАuк1 Uк2 Uк3
1 5000 3200 1800 5,3 5,5 4,8 11 600 200 400 4,8 5,0 5,2
2 5600 3200 3200 5,3 5,5 4,5 12 560 200 400 4,6 5,2 5,0
3 5300 4200 3800 5,3 5,5 4,7 13 540 200 400 3,5 5,0 4,8
4 5200 4000 2300 4,2 5,5 5,0 14 4000 3200 1800 5,3 5,6 5,0
5 3200 1600 560 5,5 5,3 4,2 15 4200 4000 3200 5,5 5,0 4,8
6 3000 1400 620 5,5 5,3 4,8 16 4400 3800 3200 5,3 5,0 4,8
7 3100 2600 1800 4,3 5,3 5,5 17 3800 2800 4200 5,3 5,2 5,0
8 1800 600 1600 3,8 4,3 5,0 18 3200 1800 2300 5,2 5,0 4,6
9 1600 420 1400 5,5 5,3 4,3 19 3400 2300 4200 5,0 5,3 4,6
10 1400 340 1800 5,5 5,3 4,8 20 3100 2100 4200 4,8 5,0 4,2
Определить:
1. нагрузку каждого трансформатора, если общая нагрузка параллельной группы равна сумме номинальных мощностей этих трансформаторов;
2.степень использования каждого из трансформаторов по мощности;
3.насколько следует уменьшить общую нагрузку трансформаторной группы Sобщ., чтобы устранить перегрузку трансформаторов; как при этом будут использованы трансформаторы по мощности в % от их номинальной мощности?
Решение:
В связи с тем, что для параллельного включения применены трансформаторы разной номинальной мощности, напряжения короткого замыкания этих трансформаторов неодинаковы. Поэтому расчет распределения нагрузки между трансформаторами выполним по формуле:
Sобщ Sном х Sx = ———— · ——— ,
Σ(Sном х / uкх) uкх
учитывающей неодинаковость напряжений короткого замыкания.
Общая нагрузка параллельной группы без учета напряжения короткого замыкания : Sобщ = Sном1 + Sном2 + … + Sном n ,
Воспользуемся выражением учитывающая разность в напряжении короткого замыкания :Σ(Sном х / uк х) = (Sном1 / uк1) + (Sном2 / uк2) + … + (Sном n / uк n).
Фактическая нагрузка каждого трансформатора:
Sобщ Sном хSx = ———— · ——— ,
Σ(Sном х / uкх) uкх
Анализируя полученный результат, можно сделать вывод:
-какой трансформатор нагружается больше,
-если перегруженный трансформатор. Если есть перегруженный трансформатор посчитать перегрузку (ΔS = (Sх – Sномх).)
При наличии перегрузки необходимо снизить общую нагрузку трансформаторов , то есть уменьшить .На сколько процентов будет использоваться суммарная мощность трансформаторов .
Практическая работа
Расчет и выполнение развернутой схемы двухслойной обмотки статоров машин переменного токаЦель работы. Рассчитать и построить развернутые схемы обмоток машин переменного тока.
I. Двухслойные обмотки машин переменного тока.В двухслойных обмотках стороны катушек в пазах располагается в два слоя, причём каждая катушка одной стороной лежит в верхнем слое, а другой- в нижнем слое. Широкое применение двухслойных обмоток объясняется следующими преимуществами:
1) возможность укорочения шага на любое число зубцовых и пазовых делении. Это выгодно с точки зрения подавления высших гармоник ЭДС и намагничивающих сил обмоток и уменьшение расходов обмоточного провода;
2) одинаковыми размерами и формами всех катушек, что облегчает и упрощает изготовление обмоток;
3) относительно простой формы лобовых частей катушек, что облегчает изготовление обмоток.
II. Расчет трехфазной двухслойной обмотки.
1. Определить число пазов на полюс и фазу
q=
2.Определить полюсное деление τ = m*q.
3. Определить шаг обмотки y=
4. Построить звезду пазовых ЭДС. Для этого определить угол сдвига ЭДС проводников соседних пазов. γ=
5. Начертить развернутую схему петлевой обмотки для трехфазной машины по данным
Таблица №6-1
Величина Варианты ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Число пазов Z1 48 48 48 36 36 60 64 24 24 60 54 60 Число полюсов 2р 8 4 6 4 6 4 8 2 4 6 6 6 6. Начертить развернутую схему петлевой обмотки по данным n.5 с укорочением шага обмотки до y1=4/5τ
Практическая работа
Тема: Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя.
Цель работы: Научиться выполнять расчет магнитной цепи асинхронного двигателя.
По окончании работы студент должен:
знать: влияние величины воздушного зазора на магнитную систему.
уметь: выполнять расчет.
Методические указания:
Расчет магнитной цепи электрической машины состоит в определении магнитных напряжений для всех ее участков. Магнитное напряжение Fx для любого участка магнитной цепи равно произведению напряженности поля на этом участке Нх на его длину lХ.
Участки магнитной цепи различаются конфигурацией, размерами и материалом. Наибольшее магнитное напряжение в воздушном зазоре δ. Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре:
Hδ = Bδ/ μ0, где μ0 = 4π/ 10-7 Гн/м.
Расчетная длина зазора:
lδ = δkδ , где kδ, — коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления зазора, вызванное зубчатостью поверхностей статора и ротора.
Выражение магнитного напряжения воздушного зазора (А):
Fδ = 0,8 Bδ δ kδ 103.
где δ — значение одностороннего воздушного зазора, мм.
Обычно магнитное напряжение двух воздушных зазоров, входящих в расчетную часть магнитной цепи асинхронного двигателя составляет — 85% от суммарной МДС на пару полюсов . С увеличением воздушного зазора (δ) МДС значительно возрастает, что ведет к увеличению намагничивающего тока статора I1μ , а, следовательно, ведет к росту потерь и снижению КПД двигателя. И наоборот, с уменьшением воздушного зазора (δ) уменьшается , что ведет к росту КПД, т. е. двигатель становится более экономичным в эксплуатации. При слишком малых зазорах δ усложняется изготовление двигателя (он становится менее технологичным), так как требует более высокой точности при обработке деталей и сборке двигателя. При этом снижается надежность двигателя. Объясняется это тем, что при очень малых зазорах δ возрастает вероятность возникновения неравномерности зазора и, как следствие, вероятность задевания ротора о статор.
Кроме воздушного зазора все остальные участки магнитной цепи двигателя выполнены из стали (зубцовые слои статора hz1 и ротора Lc2, спинки статора Lc1 и ротора Lc2). Непосредственный расчет магнитных напряжений для этих участков затруднен, так как из-за магнитного насыщения стали между напряженностью магнитного поля Нx и магнитной индукцией Вх нет прямой пропорциональности. Поэтому для определения напряженности Нх по полученному значению магнитной индукции Вх необходимо пользоваться таблицами намагничивания H = f(B) для данной марки электротехнической стали.
Асинхронные двигатели проектируют таким образом, чтобы их магнитная система была магнитно насыщена.Степень насыщения магнитной цепи машины количественно характеризуется коэффициентом магнитного насыщения, который может быть определен по магнитной характеристике .
Обычно для асинхронных машин kμ = 1,2 1,5
ЗАДАНИЕ:
Для асинхронного двигателя, данные которого приведены в табл.№1 рассчитать:
1.значение намагничивающего тока обмотки статора I1μ, если коэффициент воздушного зазора задан.
2. посчитать 3 варианта с увеличением воздушного зазора на 0,1 мм.
3.сделать вывод по проделанным расчетам.
Табл.№1
Возд зазор(мм) Знач. Магн.инд(Тл) 2р Число витков в одн.фазеОбмот.коэф. Коэфф.возд зазора Коэф. Магнит.насыщ№ варианта
0.5 0.9 4 120 0.91 1.38 1.4 1
0.3 0.9 6 130 0.91 1.38 1.4 2
0.4 0.9 8 125 0.91 1.38 1.4 3
0.2 0.9 2 150 0.91 1.38 1.4 4
0.1 0.9 8 140 0.91 1.38 1.4 5
0.5 0.9 4 160 0.91 1.38 1.4 6
0.7 0.9 6 180 0.91 1.38 1.4 7
0.8 0.9 2 130 0.91 1.38 1.4 8
0.6 0.9 6 110 0.91 1.38 1.4 9
0.5 0.9 8 100 0.91 1.38 1.4 10
0.3 0.9 4 135 0.91 1.38 1.4 11
0.2 0.9 4 167 0.91 1.38 1.4 12
0.5 0.9 8 198 0.91 1.38 1.4 13
0.4 0.9 6 125 0.91 1.38 1.4 14
0.3 0.9 2 156 0.91 1.38 1.4 15
0.7 0.9 4 178 0.91 1.38 1.4 16
0.9 0.9 8 187 0.91 1.38 1.4 17
0.8 0.9 6 121 0.91 1.38 1.4 18
0.2 0.9 4 130 0.91 1.38 1.4 19
0.3 0.9 2 140 0.91 1.38 1.4 20
Практическая работа
Тема: Расчет и построение рабочих характеристик АД по схеме замещения с вынесенным намагничивающим контуром.
Цель: Изучить аналитический метод расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя.
По окончании выполнения практической работы студент должен
знать: аналитический метод расчета рабочих характеристик.
уметь: выполнять расчет и строить рабочие характеристики по схеме замещения, паспортным данным двигателя , данным опыта холостого хода и короткого замыкания.
Общие сведения:
Аналитический метод расчета основан на схеме замещения асинхронного двигателя
Исходными при этом являются паспортные данные двигателя (Рном, U1HOM, n2ном) и результаты выполнения опытов холостого хода и короткого замыкания.
Задание: Трехфазный АД имеет паспортные данные (табл.1) .Рассчитать и построить рабочие характеристики двигателя, определить его перегрузочную способность .
Таблица №34-1
№ вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Рном,
кВТ5.5 12 70 22 25 16 3,0 4,0 15 45 11 30 4,0
Uном,
В 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 380 220
I1 ном, А 11,6 25 190 54 60 40 6,3 14,7 54 162 39,7 108 15,6
nном, об/мин 2880 2900 2960 1430 730 1465 1435 2880 2940 2945 1460 1470 950
r1, ОМ 1,7 0,32 0,035 0,15 0,68 0,15 1,7 1,6 0,4 0,08 0,53 0,16 1,62
I0 ном, А 3,1 9,7 55 32,8 17,5 9,6 1,83 4,2 9,5 12,8 8,4 27 3,0
Р0ном, А 390 565 6500 1340 1075 950 300 287 795 1436 1352 4309 436
Cosφ0 0,21 0,1 0,2 0,12 0,19 0,15 0,24 0,18 0,22 0,17 0,16 0,14 0,22
Р'0ном,
ВТ 341 475 6180 1120 1012 890 283 202 687 1397 1240 4003 392
Рмех300 330 490 357 310 290 168 80 250 370 100 320 90
Ркном, ВТ 769 1780 9500 2360 1216 1740 418 864 2423 8033 1919 3278 900
Uк ном, В 60 57,8 58,0 44,0 43 42 59,0 56 44 57 52 46 55
Iк ном, А 11,6 25 190 54 60 40 6,3 14,7 54 162 39,7 108 15,6
Cosφн0,37 0,34 0,3 0,33 0,25 0,34 0,37 0,35 0,34 0,29 0,31 0,22 0,35
Результаты расчета сводят в таблицу № 2. По данным таблицы № 2 построить рабочие характеристики двигателя.
Порядок расчета:
1. Приведенное активное сопротивление ротора (Ом):
r2' = rк – r1,
2.Критическое скольжение:
sкр ≈ r2'/ xк
3.Номинальное скольжение:
sном = (n1 - n2ном)/ n1
4. Задавшись рядом значений скольжения (всего 6—7 значений, в том числе номинальное shom и критическое sкр), определяем необходимые для построения рабочих характеристик величины:
5.Эквивалентное активное сопротивление (Ом):
rэк = r1 +r2'/ s;
6.Эквивалентное полное сопротивление рабочего контура схемы замещения (Ом):
Zэк = ;
7.Коэффициент мощности рабочего контура схемы замещения
cos φ2 = rэк / zэк;
8.Приведенный ток ротора(А):
I/2 = U1 /zэк;
и его активная и реактивная составляющие (А):
I/2a = I/2 соs φ2,
I/2p = I/2 sin φ2;
9.Активная и реактивная составляющие тока статора (А):
I1а = I0а + I/2а, I1p = I0p + I2p,
9.а
I0а = I0 соsφ0 — активная составляющая тока холостого хода;
9.б
I0p = I0 sinφ0 — реактивная составляющая этого тока.
10.Ток в обмотке статора (А):
I1 =
11.Коэффициент мощности двигателя:
cosφ1 = I1a/ I1;
12.Потребляемая двигателем мощность (Вт):
P1 = m1U1I1a;
13.Электрические потери статора
Рэ1 = m1I21r1
14.электромагнитная мощность:
Рэм = Р1 - (Рм + Рэ1);
15.Электромагнитный момент:
М = Рэм /ω1;
16.Электрические потери в роторе:
Рэ2 = s Рэм;
17.Добавочные потери:
Рдо6 = 0,005 Р1,
Р′доб = Рдоб β2;
18.Полезная мощность двигателя (Вт):
Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб,
19.Коэффициент полезного действия двигателя:
η = Р2/ Р1 =1 - P;
20.Частота вращения ротора:
n2 = n1(1-s);
21. Полезный момент (момент на валу) двигателя (Нм):
М2 = 9,55Р2/ n2.
Таблица 34-2
Значения параметров при скольжении s sн0,06 sкрr/2/s, Ом rэк = r1 + r/2/ s, Ом zэк = , Ом cos φ2 = rэк/ zэк I/2 = U1/ zэк, А I/2a = I/2 cos φ2, А I/2p = I/2 sin φ2, А I1a = I0a + I/2a, А I1p = I0p + I/2p, А I1 = , A cos φ1 = I1a/ I1 P1 = m1U1I1a, Вт Рэ1 = m1I12r1, Вт Рэм = Р1 – Рэ1 – Рм,ВтМ = Рэм/ ω1, Нм Рэ2 = s Рэм, Вт β2 =(I1/ I1ном)2 Р/доб = β2 Рдоб.ном, Вт Р2 = Рэм–Рэ2—Рмех–Рдоб,Втη = Р2/ Р1 n2 = n1(1-s), об/мин М2 = 9,55Р2/ n2, Нм Контрольные вопросы:
1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей?
2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки?
3. Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам холостого хода?
Практическая работа
Тема:Получение расчетных схем электропривода
Задание:
1.Перечертить двухступенчатый редуктор.
2. Выбрать вариант и значения по таблице.
3. Выполнить необходимые расчеты схемы электропривода.
4.Ответить на контрольные вопросы.
Задача для расчета
Дано:
Подъемное устройство поднимает груз массой m. Двухступенчатый редуктор имеет передаточное число ступеней
i1=w/w1; i2=w1/w2;
КПД ступеней η1,η2, диаметр барабана Дб, угловая скорость двигателя Wдв, общий момент инерции якоря Jдв ,первой и второй шестерен Jш1, J ш2, первой и второй муфты Jм1,Jм2 , входного валаJвх, первого и второго зубчатого колеса Jк1, Jк2 первого и второго вала Jв1, Jв2 барабана Jб.
Определить:
1.приведенный момент инерции
2.момент статический Мс при спуске и подъеме груза,
201930073025
1',1" -муфты
2',2 " -шестерни
З',3"-валы
4',4 "-колеса
5-барабан
1.Определение приведенного момента инерции
Для расчета следует моменты инерции, вращающихся элементов разделить на квадрат передаточного числа кинематической схемы между этими элементами и валом двигателя, а массы поступательно движущихся элементов умножить на квадрат радиуса приведения и полученные результаты расчета сложить с моментами инерции двигателя и элементов, вращающихся с его скоростью.
J=((Jд +J1)+J2/ i 2)+mp2
Где i =w/wб =z2/z1- передаточное отношение редуктора
ρ=Vи.о/w =wБRБ/w =RБ/i - радиус приведения кинематической схемы
2.Определение приведенного момента нагрузки Мс
При поступательном движении при подъеме груза
Ми.o.= mg * Vи.о/η*wдв.
При вращательном движении при подъеме груза
Мс=Ми.о./ η*τ
При поступательном движении при спуске груза
Мс = mgVиη/w
При вращательном движении при спуске груза
Мс= Ми.о*η/ τ
Контрольные
вопросы:
1.Каким соотношением связана угловая скорость вращения с частотой вращения?
2.Что такое маховый момент и какие свойства ЭП он характеризует?
3.С какой целью статические моменты и моменты инерции приводят к одной частоте вращения?
№вар i1 i2 η1 η2 ηбДб, м WдвJдвJш1 Jш2 Jм1 Jм2 JвхJк1 Jк2 Jв1 Jв2 Jб m
1 2 3 0,92 0,93 0,91 0,4 115,5 0,37 0,05 0,15 0,03 0,7 0,1 0,1 0,08 0,05 0,1 5 270
2 4 5 0,91 0,92 0,9 0,3 94,5 0,41 0,1 0,125 0,04 1,3 0,9 1 1,4 0,15 0,25 10 930
3 5 6 0,93 0,94 0,92 0,5 89,25 0,4 0,15 0,175 0,05 0,9 0,7 0,8 1,2 0,06 0,2 9,8 120
4 3 4 0,94 0,95 0,93 0,45 84 0,38 0,1 0,1 0,06 1,1 0,5 0,4 1 0,08 0,15 5,2 1050
5 6 7 0,96 0,97 0,95 0,35 70,9 0,42 0,05 0,2 0,07 0,8 0,3 0,6 0,8 0,1 0,1 9,6 810
6 2 3 0,95 0,96 0,94 0,4 68,25 0,45 0,75 0,15 0,08 1 0,2 0,2 0,9 0,12 0,2 5,4 370
7 3 4 0,96 0,97 0,95 0,45 126 0,35 0,1 0,175 0,04 1,2 0,4 0,3 1,1 0,14 0,12 9,4 1200
8 4 5 0,97 0,98 0,96 0,5 115,5 0,4 0,125 0,1 0,03 0,9 0,6 0,1 1,3 0,15 0,14 5,6 480
9 5 6 0,92 0,93 0,91 0,4 126 0,35 0,5 0,15 0,5 1,1 0,8 0,7 0,8 0,13 0,16 9,2 400
10 6 7 0,91 0,92 0,9 0,35 100,8 0,42 0,15 0,125 0,06 1,2 0,1 0,5 1 0,11 0,18 5,8 960
11 7 8 0,93 0,94 0,92 0,5 101,9 0,38 0,05 0,175 0,08 0,7 0,3 0,9 1,2 0,09 0,22 9 1300
12 2 3 0,94 0,95 0,93 0,4 110,3 0,48 0,75 0,2 0,07 1 0,5 1 1,4 0,07 0,24 6 200
13 3 4 0,95 0,96 0,94 0,35 84 0,42 0,1 0,1 0,08 0,9 0,7 0,2 1,3 0,05 0,21 8,8 630
14 4 5 0,96 0,97 0,95 0,45 69,3 0,4 0,5 0,15 0,06 0,8 0,9 0,4 1,1 0,14 0,19 6,2 870
15 5 6 0,94 0,95 0,93 0,5 55,1 0,47 0,75 0,2 0,04 1,1 0,8 0,5 0,9 0,1 0,23 8,6 1450
16 6 7 0,92 0,93 0,91 0,4 123,9 0,48 0,125 0,125 0,03 0,7 0,6 0,6 1 0,12 0,15 6,4 1100
17 7 8 0,92 0,93 0,91 0,45 101,9 0,37 0,5 0,15 0,05 1 0,4 0,8 1,2 0,08 0,13 8,4 690
18 2 3 0,91 0,92 0,9 0,5 94,5 0,42 0,05 0,175 0,07 1,2 0,2 0,9 0,8 0,05 0,17 6.6 160
19 3 4 0,93 0,94 0,92 0,35 68,25 0,4 0,15 0,2 0,03 0,9 0,9 0,7 1,4 0,06 0,11 8,2 330
20 4 5 0,94 0,95 0,93 0,4 115,5 0,38 0,1 0,15 0,04 1,1 0,7 0,5 0,9 0,07 0,1 6,8 1330
21 5 6 0,95 0,96 0,94 0,45 123,9 0,4 0,75 0,125 0,08 0,8 . 0,5 0,3 1,3 0,15 0,16 8 750
22 6 7 0,96 0,97 0,95 0,35 70,9 0,45 0,05 0,1 0,07 0,7 0,3 0,1 1,1 0,11 0,12 6 1000
23 7 8 0,97 0,98 0,96 0,5 126 0,42 0,75 0,175 0,06 1,2 0,1 0,2 1 0,09 0,18 7,8 190
24 2 3 0,96 0,97 0,95 0,45 100,8 0,37 0,125 0,1.5 0.05 1 0,4 0,8 0,8 0,13 0,14 6,2 500
25 3 4 0,95 0,96 0,94 0,4 101,9 0,32 0,125 0,1 0,03 0,9 0,2 0,4 1,2 0,6 0,24 7,6 1430
26 4 5 0,94 0,95 0,93 0,5 110,3 0,42 0,15 0,2 0,04 1,1 0,6 0,6 0,9 0,12 0,2 6,4 920
27 5 6 0,93 0,94 0,92 0,35 94,5 0,45 0,1 0,125 0,05 0,7 0,8 1 0,7 0,08 0,22 7,4 580
28 6 7 0,92 0,93 0,91 0,5 55,1 0,42 0,75 0,15 0,06 0,8 0,7 0,9 1,1 0,14 0,25 6,6 710
29 7 8 0,91 0,92 0,9 0,45 69,3 0,37 0,125 0,175 0,07 1 0,9 0,3 0,8 0,09 0,19 7,2 440
30 2 3 0,9 0,91 0,89 0,35 84 0,42 0,05 0,2 0,08 0,9 0,3 0,5 1,2 0,1 0,23 6,8 1210
31 3 4 0,89 0,9 0,88 0,5 126 0,4 0,5 0,1 0,08 1,2 0,5 0,1 1 0,7 0,17 7 7740
32 4 5 0,97 0,98 0,96 0,4 115,5 0,35 0,75 0,175 0,06 0,7 0,1 0,7 0,7 0,15 0,21 9,5 930
33 5 6 0,88 0,89 0,87 0,45 89,25 0,43 0,15 0,15 0,04 1,1 0,8 .1 1,4 0,13 0,15 5,5 1290
Таблица№1