Электрические машины и аппараты

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ

 

 

Для студентов-заочников специальности 140448

 

«Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования»

 

 

Липецк 2012 г

 

 

Одобрена цикловой предметной

комиссией «____» _______ 2012 г.

Протокол № ____

Председатель цикловой комиссии

_____________ Фарафонов В.И.

 

 

Зам. директора по УР ________________ В.Н.Белобородова

 

Автор: Фарафонов В.И.

 

 

Общие указания

При выполнении контрольной работы необходимо выполнить следующие требования:

1 Обязательно выписывать условия задач и вопросы, поставленные в контрольной работе.

2 При выполнении расчетов приводить формулу, а затем вычисления. Указывать размерность получаемых величин. Необходимые для решения величины и коэффициенты, не указанные в задании, принимаются по литературным данным со ссылками на источник.

3 В тетради необходимо оставлять поля для замечаний и место в конце работы для заключения рецензента.

Работы, не удовлетворяющие указанным требованиям, рецензироваться не будут.

Задача 1.

Для прямого пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя серии 4А мощностью Р, питающегося от сети с номинальным напряжением Uном = 380 В, используется магнитный пускатель. В состав пускателя входят контактор и тепловое реле. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип пускателя и параметры его тепловых реле. Данные двигателя в таблице 1.

 

Задача 2.

Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания короткозамкнутого асинхронного двигателя мощностью Р используется автоматический выключатель. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип автоматического выключателя и его параметры. Данные двигателя в таблице 1.

 

Задача 3.

Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения мощностью Р используются плавкие предохранители. Определить номинальный и пограничные токи, а также сечение медной плавкой вставки. Данные двигателя в таблице 2.

 

Задача 4.

Для трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором определить следующие характеристики по данным таблицы 1:

1. Потребляемую двигателем мощность.

2. Номинальный, максимальный и пусковой моменты.

3. Номинальный и пусковой токи.

4. Номинальное и критическое скольжение.

5. Рассчитать и построить механическую характеристику асинхронного двигателя

n2 = f (M) для значений скольжений s = 0; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; S ном;

S кр. Расчет производить по упрощенной формуле Клосса.

 

 

Задача 5.

Для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением по данным таблицы 2:

1. Начертить электрическую схему подключения двигателя постоянного тока с парал-

лельным возбуждением.

Определить:

2. Номинальный момент на валу электродвигателя.

3. Ток, потребляемый двигателем из сети при номинальной нагрузке.

4. Токи в цепях возбуждения и якоря при номинальной нагрузке.

5. Пусковой ток при отсутствии пускового реостата

6. Сопротивление пускового реостата для ограничения пускового тока до двойного номинального

7. Частоту вращения в режиме холостого хода

8. Построить механическую характеристику n = f2 (М)

 

 

Теоретический вопрос.

1. Принцип действия и устройство трансформаторов

2. Векторная диаграмма трансформатора

3. Трансформирование трехфазного тока и схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

4. Регулирование напряжения трансформаторов

5. Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов

6. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

7. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

8. Трансформаторы для дуговой электросварки

9. Принцип действия синхронного генератора

10. Принцип действия асинхронного двигателя

11. Режимы работы и устройство асинхронной машины

12. Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

13. Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

14. Потери и КПД асинхронного двигателя

15. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

16. Круговая диаграмма асинхронного двигателя

17. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

18. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

19. Асинхронные машины специального назначения

20. Способы возбуждения и устройство синхронных машин

21. Параллельная работа синхронных генераторов

22. Синхронный двигатель и синхронный компенсатор

23. Коллекторные генераторы постоянного тока

24. Коллекторные двигатели

25. Универсальные коллекторные двигатели

 

 

Задача 1.

Номинальный ток асинхронного двигателя

Пускатель выбирается по условию

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле выбирается по условию

Задача 2.

Автоматические выключатели выбираются согласно условиям

Где Iнома – номинальный ток автомата, А;

Iномр – номинальный ток расцепителя, А;

Iдл – длительный ток в линии, А;

Uнома – номинальное напряжение автомата, В;

Uс – напряжение сети, В;

Ко – кратность отсечки;

Iо – ток отсечки, А;

Iп – пусковой ток, А.

Задача 3.

Номинальный ток плавкой вставки для инерционных предохранителей

Номинальный ток плавкой вставки должен соответствовать кратностям допустимых токов.

При защите ответвления, идущего к одиночному электродвигателю при легких пусках, ток вставки

При защите ответвления, идущего к одиночному электродвигателю при тяжелых пусках, ток вставки

В соответствии с рассчитанным значением Iвст ном из таблицы 5 выбирается номинальнй ток плавкой вставки – ближайшее большее значение

Пограничным током Iпогр называется номинальный ток, при котором сгорает плавкая вставка, достигнув установившейся температуры. Для медных вставок Iпогр = (16…1,8) Iвст ном

Диаметр плавкой вставки определяется из уравнения

Где ρо = 1,75 10^-6 - Ом см – удельное сопротивление меди;

α = 0,0041 1/град – температурный коэффициент сопротивления для меди;

Тпл = 1083 С – температура плавления меди;

Токр = 40 С =- температура окружающей среды;

Кт = 11 10^-4Вт/см²град– коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности вставки.

Задача 4.

Потребляемая мощность определяется по формуле

 

Номинальный момент рассчитывается:

– если Рном берется в кВт,

– если Рном берется в Вт,

Максимальный (критический) момент из соотношения столбца 7 табл. 1.

Пусковой момент определяется из соотношения столбца 8, табл. 1.

Номинальный ток

Пусковой ток двигателя определяется из соотношения столбца 9 табл. 1.

Выражения для определения номинального и критического скольжений имеют вид:

 

Для построения механической характеристики вращающий момент рассчитывается по

упрощенной формуле Клосса:

 

а число оборотов

n = n₀ (1 – s).

Рабочий участок механической характеристики строится по данным расчетов до критической (максимальной) точки. Оставшийся нелинейный участок получается путем соединения точки пуска и критической точки плавной кривой.

 

З а д а ч а 5

Сопротивления обмоток приводятся к работе температуре двигателя по формуле:

 

Где R1 – сопротивление при температуре t1 = 20 С º (Ом),

R2 – сопротивление при температуре t2 (Ом),

λ – температурный коэффициент сопротивления; для технической меди = 0,004.

t 2 – рабочая температура (для изоляции класса В) – 75 С º, класса F – 115 С º

Переходным сопротивлением в контакте щеток пренебречь. При построении механической характеристики влиянием реакций якоря пренебречь и принять Ф – const.

Номинальный момент рассчитывается:

– если Р ном берется в кВт,

– если Р ном берется в Вт,

 

Мощность, потребляемая двигателем из сети (Р1ном) больше полезной мощности на валу на величину потерь в двигателе и может быть определена по формуле:

Где ηном – коэффициент полезного действия,

Ток, потребляемый двигателем из сети можно определить по формуле:

У двигателя параллельного возбуждения обмотка возбуждении соединяется параллельно с обмоткой якоря, поэтому ток нагрузки двигателя Iном = Iя + Iв, где Iв – ток обмотки возбуждения, А, Iя – ток якоря, А.

Iв = Uном / Rв, А.

Пусковой ток Iп определятся по формуле:

Iпуск = Uном / Rя + Rпр

Где Rпр – сопротивление пускового реостата О м.

Частота вращения в режиме холостого хода nо определяется по формуле:

Где ЭДС двигателя

Механическая характеристика строится по двум точкам

1 – n=no; М=0

2 – n = nном; М = Мном

 

Литература

1. Кацман М.М. Электрические машины, - М.: Высшая школа, 2008.
2. Кацман М.М. Электрические машины и электропривод автоматических устройств - М.: Энергоавтоиздат, 2004.
3. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу, - М.: Высшая школа, 2006.

 

 

Таблица 1

ПМЛ Х1 Х2 Х3 Х4

Х1 – цифра, указывающая величину пускателя в зависимости от номинального тока

1 – 10 А; 2 – 25 А; 3 – 40 А; 4 – 63 А; 5 – 80 А; 6 – 125 А; 7 – 200 А;

Х2 – цифра, указывающая исполнение пускателя по назначению, наличию устройств защиты и виду блокировки

1 – нереверсивный без теплового реле; 2 – нереверсивный с тепловым реле; 5 – реверсивный с механической блокировкой без теплового реле; 6 – реверсивный с электрической и механической блокировкой с тепловым реле; 7 – с переключением «звезда/треугольник»

Х3 – цифра, указывающая исполнение пускателя по степени защиты и наличию встроенных элементов управления

0 – степень защиты IP00; 1 - степень защиты IP54; 2 - степень защиты IP54 с кнопками; 3 - степень защиты IP54 с кнопками и сигнальной лампой; 4 - степень защиты IP40; 5 - степень защиты IP40 с кнопками; 6 - степень защиты IP20;

Х4 – цифра, указывающая исполнение пускателя по сочетанию контактов и роду тока вспомогательной цепи

При Х1=1,2: 0 – 1 замыкающий контакт, род тока цепи управления – переменный; 5 – 1 замыкающий контакт, род тока цепи управления – постоянный; 6 – 1 размыкающий контакт, род тока цепи управления – постоянный;

 

Таблица 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ

 

 

Для студентов-заочников специальности 140448

 

«Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования»

 

 

Липецк 2012 г

 

 

Одобрена цикловой предметной

комиссией «____» _______ 2012 г.

Протокол № ____

Председатель цикловой комиссии

_____________ Фарафонов В.И.

 

 

Зам. директора по УР ________________ В.Н.Белобородова

 

Автор: Фарафонов В.И.

 

 

Общие указания

При выполнении контрольной работы необходимо выполнить следующие требования:

1 Обязательно выписывать условия задач и вопросы, поставленные в контрольной работе.

2 При выполнении расчетов приводить формулу, а затем вычисления. Указывать размерность получаемых величин. Необходимые для решения величины и коэффициенты, не указанные в задании, принимаются по литературным данным со ссылками на источник.

3 В тетради необходимо оставлять поля для замечаний и место в конце работы для заключения рецензента.

Работы, не удовлетворяющие указанным требованиям, рецензироваться не будут.

Задача 1.

Для прямого пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя серии 4А мощностью Р, питающегося от сети с номинальным напряжением Uном = 380 В, используется магнитный пускатель. В состав пускателя входят контактор и тепловое реле. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип пускателя и параметры его тепловых реле. Данные двигателя в таблице 1.

 

Задача 2.

Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания короткозамкнутого асинхронного двигателя мощностью Р используется автоматический выключатель. Определить необходимые параметры двигателя и выбрать тип автоматического выключателя и его параметры. Данные двигателя в таблице 1.

 

Задача 3.

Для защиты от токов короткого замыкания цепи питания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения мощностью Р используются плавкие предохранители. Определить номинальный и пограничные токи, а также сечение медной плавкой вставки. Данные двигателя в таблице 2.

 

Задача 4.

Для трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором определить следующие характеристики по данным таблицы 1:

1. Потребляемую двигателем мощность.

2. Номинальный, максимальный и пусковой моменты.

3. Номинальный и пусковой токи.

4. Номинальное и критическое скольжение.

5. Рассчитать и построить механическую характеристику асинхронного двигателя

n2 = f (M) для значений скольжений s = 0; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; S ном;

S кр. Расчет производить по упрощенной формуле Клосса.

 

 

Задача 5.

Для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением по данным таблицы 2:

1. Начертить электрическую схему подключения двигателя постоянного тока с парал-

лельным возбуждением.

Определить:

2. Номинальный момент на валу электродвигателя.

3. Ток, потребляемый двигателем из сети при номинальной нагрузке.

4. Токи в цепях возбуждения и якоря при номинальной нагрузке.

5. Пусковой ток при отсутствии пускового реостата

6. Сопротивление пускового реостата для ограничения пускового тока до двойного номинального

7. Частоту вращения в режиме холостого хода

8. Построить механическую характеристику n = f2 (М)

 

 

Теоретический вопрос.

1. Принцип действия и устройство трансформаторов

2. Векторная диаграмма трансформатора

3. Трансформирование трехфазного тока и схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов

4. Регулирование напряжения трансформаторов

5. Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов

6. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы

7. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения

8. Трансформаторы для дуговой электросварки

9. Принцип действия синхронного генератора

10. Принцип действия асинхронного двигателя

11. Режимы работы и устройство асинхронной машины

12. Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

13. Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

14. Потери и КПД асинхронного двигателя

15. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

16. Круговая диаграмма асинхронного двигателя

17. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

18. Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

19. Асинхронные машины специального назначения

20. Способы возбуждения и устройство синхронных машин

21. Параллельная работа синхронных генераторов

22. Синхронный двигатель и синхронный компенсатор

23. Коллекторные генераторы постоянного тока

24. Коллекторные двигатели

25. Универсальные коллекторные двигатели