Электрические машины МГПК

«Электрические машины»

Методические рекомендации и задания для контрольной работы                      учащихся заочной формы обучения по специальностям:

2-36 03 31 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования»

2-37 01 05 «Городской электрический транспорт»

Разработал:                                                                                   В.В.Еременко

5 Задания для контрольной работы

5.1 Варианты заданий

Контрольная работа должна быть выполнена в соответствии с вариантом, указанном в таблице 1.

Таблица 1 – Варианты заданий

Самостоятельная замена одного варианта другим недопустима.

      5.2 Теоретические вопросы к контрольной работе

      Машины постоянного тока

1. Принцип работы электрических машин и его реализация в генераторах постоянного тока (ГПТ).

2. Принцип работы электрических машин и его реализация в двигателях постоянного тока (ДПТ).

3.  Представить эскизный поперечный разрез машины постоянного тока (МПТ) с перечнем всех ее составных элементов и объяснением их функционального назначения.

4.  Коммутация. Как Вы понимаете ее сущность? Причины возникновения   искрения по коллектору.

5.  Реакция якоря. Сущность явления. Существует ли режим работы МПТ при котором реакция якоря отсутствует?

6.  Способы регулирования частоты вращения  ДПТ.

7.  Почему у ДПТ параллельного возбуждения, который работает с М_с = const., при  уменьшении  основного магнитного потока частота вращения возрастает (рассмотреть физику процесса).

8. Почему ДПТ последовательного возбуждения может идти в «разнос». Объясните физику процесса.

9.  Потери в МПТ. Условия максимума КПД.

10.Что выгоднее, ускоренная или замедленная коммутация?

      Трансформаторы

11. Принцип работы трансформатора и как он реализуется в трансформаторе.

12. Почему при нагрузке трансформатора его ток в первичной обмотке растет?

13. Почему в однофазном трансформаторе ток первичной обмотки имеет 3-ю гармонику, а во вторичной обмотке она отсутствует?

14. Почему у большинства трехфазных трансформаторов одна из обмоток      соединяется в треугольник?

15. Как определить начала и концы обмоток трехфазных трансформаторов?

16. Приведенный трансформатор. Цель преобразований.

17. Опыт короткого замыкания (к.з.). Зачем его проводят? Почему U_k  дается на заводской бирке каждого трансформатора?

18. Зачем нужны схемы замещения  трансформаторов?

19. Магнитные системы трехфазных трансформаторов.

20. Условия включения трансформаторов на параллельную работу.

     Асинхронные машины

21. Может ли ротор асинхронного двигателя (АД) вращаться  синхронно с    вращающимся магнитным полем.

22. Объяснить конструкцию короткозамкнутого и фазного роторов АД.

23. Принцип работы АД . Реализация принципа в АД.

24. Из каких участков состоит магнитная цепь асинхронной машины. Какова цель расчета магнитной цепи?

25. В чем сходство и в чем различие между АД и трансформатором.

26. Объясните, почему с ростом нагрузки на валу АД увеличивается ток в статоре (физика процесса).

27. В чем сущность эффекта вытеснения тока. Почему он возникает при пуске АД и практически исчезает при установившемся режиме.

28. Режимы работы асинхронной машины. Поясните это на эскизах, показывающих направления усилий, создаваемых магнитными полями.

29. Определение начала и концов фазных обмоток статора. Поясните на эскизах сущность происходящих при этом электромагнитных процессов.

30. Т-образная схема замещения АД. Ее отличие от  соответствующей схемы трансформатора.

      Синхронные машины

31. Реакция якоря. Роль реакции якоря в синхронной машине.

32. Принцип работы синхронных машин. Реализация принципа  в синхронном генераторе.

33. Принцип работы синхронных машин (СМ). Реализация принципа  в синхронном двигателе.

34. Виды потерь в СМ. Условия максимума КПД.

35. U- образные кривые СГ. Пояснить физику процесса.

36. Достоинства и недостатки СД по сравнению с АД.

37. Условия включения СГ на параллельную работу. Чем они обусловлены.

38. Сравнительный анализ конструкции явнополюсных и неявнополюсных СМ. Элементы конструкций. Причины различия.

39. Углы φ, ψ, θ в синхронных машинах. Что они выражают, предельные значения. Что происходит в машине, когда углы превышают предельные значения.

40. Как изменить активную и реактивную мощность СГ, работающего параллельно с сетью и в автономном режиме.

      5.3 Задачи к контрольной работе

      Машины постоянного тока

41. Найти полезную мощность и электромагнитный   момент  ГПТ параллельного возбуждения, если известно,  что:  Rв=220 Ом; U=220В; Rа=0,09 Ом;  Eа=230 В;  n=1500 об/мин. 

42. Найти момент на валу электродвигателя M₂, если известно что: Mо=1,25Нм; Cм=50;   Ф=0,015Вб;  Iа=30 А.

43. Найти электромагнитную мощность Рэм, электромагнитный момент М, противо-ЭДС Еа ДПТ при: U=220 В, Iа=40А, n=2000 об/мин, р=4, N=600, а=2, Ф=0,01 Вб

44.   Найти машинную постоянную для ЭДС (Cе) генератора постоянного тока, если известно:  Ф=0,015 Вб; n=1500 об/мин;U=220В; Iа=20 А; Rа=0,09 Ом.

45. Найти момент M₂ на валу двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, если известно: U=220В; Rв=200Ом; Iа=36 А; η = 90%;    n=1500 об/мин.

46.  Найти, потребляемую из сети  двигателем постоянного тока, мощность, если: M₂=10 Нм; η =89%;  n =1500 об/мин.

47. Найти пусковые токи и моменты двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при прямом и реостатном  пуске, если: U=220В; Rа=0,061Ом; Rпуск = 0,2Ом; См = 50; Ф = 0,015Вб (Магнитная система не насыщена       Ф = const).

48. ДПТ параллельного возбуждения номинальной мощностью Рном=75 кВт, работает от сети U=220B. КПД двигателя при номинальной нагрузке

      _ном =0.89. Найти подводимую к двигателю мощность, ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке, суммарные потери.

49. Найти пусковой ток при прямом пуске  двигателя постоянного тока параллельного возбуждения,  а также сопротивление пускового  реостата, чтобы Ia пуск =2Iа ном,  если:  Ra=0.1 Ом, U=220 В, Ea=210В при номинальном режиме.

50. Найти скорости вращения  ДПТ параллельного   возбуждения, если в цепь последовательно обмотке  якоря включить дополнительное сопротивление  Rдоб1=0,2 Ом, если известно что: Iа ном =30 А; Cм=50; Ф=0,015 Вб; Rа=0,09Ом. 

       Трансформаторы

51. Трехфазный трансформатор с Sн=25кВ*А и U1н=10 кВ имеет потери холостого хода 0,13 кВт; потери короткого замыкания 0,6 кВт.  Определить КПД при  cos φ = 0,8; cos φ = 1.

52. Найти ЭДС E1;E2; коэффициент трансформации трансформатора, если известны следующие параметры: f=50 Гц; w1=220В; w2=40; Фmax=0,015 Вб

53. При проведении опытов холостого хода и   короткого замыкания однофазного  трансформатора получены следующие  результаты: Po=40Вт; Pк=160Вт;  U1н= 230В;  Uк=5,5%; Sн=230Вт; Io=1,2%. Принять R1=R2’; X1=X2’. Найти параметры схемы замещения  трансформатора: Rm; Xm; R1; X1; R2’; X2’

54. Найти коэффициент трансформации; фазные и линейные  и напряжения, если известны следующие  параметры: U1н=380В; U2н=36В. Трехфазный трансформатор соединен по схеме звезда\треугольник.

55. Трехфазный двухобмоточный трансформатор имеет номинальные данные: S=320 кВА, U_1л=10 кВ, U_2л=525 В. Схема соединения  звезда\треугольник -11. Магнитная индукция в стержне В_с=1.4 Тл. Сечение стержня сердечника S_c=360 мм². Коэффициент заполнения сталью К= 0.9. Определить число витков обмоток высшего и низшего напряжения.

56. Трехфазный двухобмоточный трансформатор имеет номинальные данные: S=320 кВА, U_1л=10 кВ, U_2л=525 В. Схема соединения  звезда\треугольник -11. Потери холостого хода сотавляют р_хх = 300 Вт., I₀= 3%I_н, R₁ = 0,8 Om,  X₁ = 1Oм. Определить Xm.

57. Трехфазный трансформатор имеет сечение стержня   S_c=400 мм². Коэффициент заполнения сталью К= 0.8; f=50 Гц; В_ср = 1.4 Тл. Определить величину ЭДС одного витка обмотки высшего напряжения. Какая изоляция использована для изоляции пластин магнитопровода.

58. Однофазный двухстержневой трансформатор имеет число витков первичной обмотки W₁= 400. Его ток холостого хода I_o=5 A . Высота стержня магннитопровода h_c = 50cм, а длинна ярма 60 см. Определить напряженность магнитного поля в стержне.

59.  Трехфазный двухобмоточный трансформатор работает вхолостую.

       I_o= 4A; Х₁= 0.8 Ом;  R₁= 0.2 Oм; R_m= 2 Oм; X_m= 40 Oм. Определить полное сопротивление холостого хода, cosφ_о, потери холостого хода.

60. Однофазный одностержневой трансформатор в режиме холостого хода имеет на зажимах вторичной обмотки U₂ = 0.4кB. Число витковW₂= 400 Какое сечение стержня имеет трансформатор, если индукция в стержне     1,5 Тл. Коэффициент заполнения сталью выбрать самостоятельно.

       Асинхронные машины

61. Трехфазный АД имеет  номинальные данные: P_н =5.5 kBт; U_н =380B;           η_н = 82%; схема обмотки -  Y. При нагрузке Р₂ = 0.8Р_н   двигатель имеет    η_мах =1.05 η_н и работает с cosφ = 0.79 при s = 2%. Определить постоянные потери в двигателе, R_k и момент на валу двигателя (М₂)

62. Определить ЭДС, наведенную в фазе статора АД, фазную ЭДС в обмотке  неподвижного и вращающегося ротора и если: W₁=210, f₁=50 Гц, Ф=0,01Вб, nн=1460 об/мин,  W₂=0,5p, Коб₁=0,93,  Коб₂=1.

63. Асинхронный двигатель имеет следующие параметры: Pн =22 кВт, η = 91% , Mп/ Mн =1,9, sн = 0,04; 2p = 2. Определить: потребляемую мощность P₁,   номинальный момент Mн; пусковой  Mп.

64. Асинхронный двигатель  Pн=11 кВт имеет Mн=30 Нм. При номинальном напряжении сети  Mм / Mн=2,2. Останется ли двигатель   в работе, если напряжение сети снизится  до  U=0,6 Uн, а момент сопротивления на  валу машины  будет равен Mc=28 Нм.

65. Определить номинальную мощность асинхронного двигателя, номинальный и пусковой  токи, если: Iн=60А; Uн=380 В; cosφ₁ = 0.82; η = 90%; Iп/Iн = 7А.

66. Определить величину добавочного сопротивления Rд, которое нужно включить в фазу ротора АД с фазным ротором для уменьшения скорости вращения его вала с nн=970 об/мин до n=680 об/мин при номинальной нагрузке, если  p=3; R₂=0,05 Ом. Для АД справедливо следующие  соотношение: R₂/sн=(R₂+Rд )/ s.

67. Определить переменные потери в асинхронном  двигателе Pн=22кВт; Uн=380 В; η=92%; cosφ=0,83 в номинальном режиме, если: R₁=0,09 Ом;     R^’₂ = 2R1.

68. Определить электромагнитную мощность (Pэм ) и потери в обмотке ротора  ( P_э2)  АД, если:  p = 2; n = 1460 об/мин ; f₁ = 50 Гц; I’₂  = 30 А;  R’₂ =0,06Ом.

69. Найти пусковой фазный ток АД, если известны   следующие параметры:

      R₁= R’₂= 0,6 Ом; X₁=X’₂=1,4 Ом; Uн=380 В,  обмотка статора соединена по схеме Y.

70. Определить КПД асинхронного двигателя с фазным ротором, если  АД потребляет из сети P1 = 23,3 кВт; Uн=380В; cosφ = 0,83; R1 = 0.08 Ом;

      I2’= 32А; R2’= 0,05Ом. Добавочные потери  Pдоб=0,005P1; магнитные потери Pмагн=70 Вт, Pмех=40 Вт. Обмотки двигателя соединены по схеме Y.

      Синхронные машины

71. Синхронный турбогенератор имеет следующие параметры: Uн=10 кВ; Фазная ЭДС, созданная обмоткой  возбуждения E0 = 5120 В, Xc=0.12 Ом;    f1 = 50 Гц; p = 2; θ = 27⁰. Определить электромагнитную  мощность  и момент  машины.

72. Найти электромагнитный момент, мощность явнополюсного синхронного  генератора, если U1=3500В; E0ф=4000В; Xd=0.7Ом; Хq=0.4Ом;  p = 2; θ =30⁰;  f1=50 Гц.

73. Синхронный двигатель имеет следующие параметры Pн = 630 кВт,         сosφ_н = 0,8. Суммарные потери мощности  12 кВт. Определить полную мощность двигателя.

74. Определить мощность на валу приводного двигателя СГ, если известны следующие параметры: U1=10,5кВ; I1=1020А; cosφ =0,8; сопротивление обмотки статора R1=0.08Ом; Rв=130Ом; Iв=130 А; dUщ=2,2 В; коэффициент полезного действия возбудителя  КПД=0,8. Потери в стали статора             р_ст = 4,3 кВт; добавочные потери составляют  0,4% от полезной мощности.

75. Нарисовать  векторную диаграмму неявнополюсного синхронного  генератора при активно-индуктивном характере нагрузки, если U1=10кВ; Pн=63 МВт; cosj=0.8; Xс=0.9 Ом.

76. Турбогенератор при номинальной нагрузке работает с углом θ = 30⁰. Определить перегрузочную способность генератора.

77. Определить мощность потребляемую синхронным двигателем из сети и ток в цепи ротора при: Pном = 500 кВт, η = 96,5%, cosφ =0,9. Напряжение питающей сети Uс = 10кВ.  

78. Синхронный  явнополюсный генератор работает с нагрузкой Р = 3200 кВт; U_лс = 10 кВ; X_q = 50 Om; X_d = 80 Om. Генератор потерял возбуждение. Выпадет ли он из синхронизма?

79. Определить частоту вращения синхронного генератора (n), при: p = 2,          f1 = 100 Гц.

80.Определить коэффициент синхронизирующей мощности (р_сн)              турбогенератора, работающего с углом θ = 90⁰, если Е₀ =5600В; U_лн = 10 кВ;  X_d = 60 Om.