Учебная работа. Электрические машины и трансформаторы

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

электрические машины и трансформаторы

МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫЙ ЗАОЧНЫЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

(МЗЭТ
ГОУ СПО ИЭК)

Барнаульский
филиал

КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА № 1

По
теме «Электрические машины и трансформаторы»

Деркач
Николай Николаевич шифр Д—2170

3
курса, специальности 140206-01 .

 



вопрос
№ 1 Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

Электрическая схема
замещения позволяет с достаточной точностью исследовать свойства
трансформаторов в любом режиме. использование этой схемы при определении
характеристик имеет наибольшее практическое исследование таких трансформаторов методом
непосредственной нагрузки связано с некоторыми техническими трудностями:
непроизводительным расходом электроэнергии, необходимостью в громоздких и
дорогостоящих нагрузочных устройствах.

Определение параметров
схемы замещения Z1 = r1+jx1; Zm = rm+jxm’, Z2/=r2/+jx2/ возможно либо расчетным (в процессе расчета трансформатора), либо опытным
путем. Ниже излагается порядок определения параметров схемы замещения
трансформатора опытным путем, сущность которого состоит в проведении опыта
холостого хода (х. х.) и опыта короткого замыкания (к. з.).

Опыт холостого хода. Холостым ходом называют режим работы трансформатора
при разомкнутой вторичной обмотке (zн=бесконечности,
I2=0). В этом случае уравнения ЭДС и токов (1.34)
принимают вид

Так как полезная мощность
при работе трансформатора вхолостую равна нулю, мощность на входе
трансформатора в режиме х. х. Pq расходуется на магнитные потери в магнитопроводе
Рм (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и
электрические потери в меди I02 r1 (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% I1ном, электрическими потерями I02 r1
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.,

Опыт х. х. однофазного
трансформатора проводят по схеме, изображенной на рис. 1.29, а. комплект
электроизмерительных приборов, включенных в схему, дает возможность
непосредственно измерить напряжение U1, подведенное к первичной обмотке;
напряжение U20 на выводах вторичной обмотки; мощность х.х. Р0 и ток
Х.Х. Iо.

Напряжение к первичной
обмотке трансформатора обычно подводят через регулятор напряжения РН,
позволяющий плавно повышать напряжение от 0 до 1,15 U1ном-

При этом через
приблизительно одинаковые интервалы тока х.х. снимают показания приборов,- а
затем строят характеристики х.х.: зависимость тока х.х. I0,» мощности х.х. Pq и коэффициента мощности х.х. соs ф0 от первичного напряжения U1 (рис. 1.30).

Криволинейность этих
характеристик обусловлена состоянием магнитного насыщения магнито-провода,
которое наступает при некотором значении напряжения U1.

В случае трехфазного
трансформатора опыт х.х. проводят по схеме, показанной на рис. 1.29, б. характеристики
х.х. строят по средним фазным значениям тока и напряжения для трех фаз:

где P0 и P0″ — показания однофазных ваттметров; U1 и I0 — фазные значения напряжения и тока.

По данным опыта х. х. можно
определить: коэффициент трансформации

ток х.х. при U 1ном (в
процентах от номинального первичного тока)

 (1.45)

потери х. х. P0.

В трехфазном
трансформаторе токи х.х. в фазах неодинаковы и образуют несимметричную систему

поэтому мощность Р0
следует измерять двумя ваттметрами по схеме, изображенной на рис. 1.29, б. Падение
напряжения в первичной ветви схемы замещения в режиме х.х. Io(r1+jx1) (рис. 1.31)
составляет весьма незначительную величину, поэтому, не допуская заметной
ошибки, можно пользоваться следующими выражениями для расчета параметров ветви
намагничивания:

Обычно в силовых
трансформаторах общего применения средней и большой мощности при номинальном
первичном напряжении ток х. х. i0=10/0,6%.

Если же фактические
значения тока х. х. Iном и мощности х.
х. Р0 ном, соответствующие номинальному значению первичного напряжения U1 ном, заметно превышают величины этих параметров,
указанные в каталоге на данный тип трансформатора, то это свидетельствует о
неисправности этого трансформатора: наличии корот-козамкнутых витков в обмотках
либо замыкании части пластин магнитопровода.

Опыт короткого
замыкания.
Короткое
замыкание трансформатора — это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута
накоротко (zH=0), при этом вторичное напряжение U2=0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору
подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание является
аварийным режимом и представляет собой большую опасность для трансформатора.

При опыте к.з. вторичную
обмотку однофазного трансформатора замыкают накоротко (рис. 1.32, а), а к
первичной обмотке подводят пониженное напряжение, постепенно повышая его
регулятором напряжения РН до некоторого значения Uк ном, при котором токи к. з. в обмотках трансформатора
становятся равными номинальным токам в первичной (I1к =I1ном) и вторичной (I2к =I2ном) обмотках. При этом снимают
показания приборов и строят характеристики к. з., представляющие собой
зависимость тока к. з. I1K, мощности к. з. Рк и
коэффициента мощности cos срк
от напряжения к. з. UK (рис. 1.33).

В случае трехфазного
трансформатора опыт проводят по схеме, показанной на рис. 1.32, б, а значения
напряжения к.з. и тока к.з. определяют как средние для трех фаз:

В случае трехфазного трансформатора
активную мощность измеряют методом двух ваттметров. Тогда мощность к. з.

В (1.52) Рк и Рк» —
показатели однофазных ваттметров, Вт.

Напряжение, при котором
токи в обмотках трансформатора при опыте равны номинальным значениям, называют номинальным
напряжением короткого замыкания и обычно выражают его в процентах от
номинального напряжения:


вопрос №2 Средства улучшения
коммутации в машинах постоянного тока

Таблица  13.1. Степень искрения (класс коммутации) электрических машин постоянного тока

Большое практическое
вопросы улучшения
коммутации. Основной причиной неудовлетворительной коммутации является
возникновение в коммутирующих секциях добавочного тока коммутации

1. Выбор вдетак, С точки
зрения обеспечения удовлетворительной коммутации целесообразно применение щеток
с большим падением напряжения в переходном контакте и собственно щетке, т.е.
щетки с большим сопротивлением rщ, что привело бы к уменьшению тока iд. Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте
таких щеток невелика, поэтому их применение в машинах со значительным током
якоря ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует
увеличения площади коллектора за счет его длины. В связи с этим щетки с большим
rш используют преимущественно в машинах с относительно высоким напряжением,
а следовательно, с небольшим током якоря.

2. Уменьшение реактивной
ЭДС в коммутирующих секциях. снижению реактивной ЭДС, индуцируемой в
коммутирующих секциях, способствует уменьшение коэффициентов взаимной
индуктивности М и самоиндукции Lс.. понижение коэффициента М достигается
применением обмоток якоря с укороченным шагом (у1 < т) и щеток шириной не более чем в два-три коллекторных деления. Уменьшение коэффициента самоиндукции Lс достигается сокращением числа витков в секциях обмотки.

Из этого следует, что для
улучше ния коммутации необходимо умень шить величину добавочного тока ком мутации.
Этого можно достигнуть не сколькими способами.

3. Добавочные полюса.
назначение добавочных полюсов — создание магнитного поля в зоне коммутации с
магнитной индукцией Вд.п такого значения и направления, чтобы
«подавить» магнитную индукцию от реакции якоря Вр.я, и сверх этого создать в
зоне коммутации магнитную индукцию Вк. индукция Вк должна
быть достаточной для индуцирования в коммутирующей секции ЭДС вращения евр,
равную по величине и противоположную по направлению реактивной ЭДС ер,
так чтобы суммарная ЭДС в коммутирующей секции оказалась равной нулю.

добавочные полюса
располагают между главными полюсами по линии геометрической нейтрала, а их
обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, чем обеспечивается
автоматическое поддержание на требуемом уровне значения магнитной индукции в
зоне коммутации при изменениях нагрузки машины. Все машины постоянного тока
мощностью свыше 1 кВт снабжаются добавочными полюсами, число которых принимают
равным числу главных полюсов или же вдвое меньшим. добавочные полюса
обеспечивают удовлетворительную коммутацию в машине только при нагрузках в
пределах номинальной. При перегрузке машины происходит насыщение магнитной цепи
этих полюсов и коммутация ухудшается.

Однако добавочные полюсы
не устраняют полностью нежелательного воздействия реакции якоря на
распределение магнитной индукции в зазоре машины постоянного тока. Поэтому в
мощных быстроходных машинах постоянного тока, работающих в режиме интенсивных
нагрузок, применяют компенсационную обмотку. Эту обмотку включают
последовательно в цепь якоря и располагают в полюсных наконечниках главных
полюсов машины (рис. 13.9). Компенсационная обмотка создает МДС по поперечной
оси встречно магнитному потоку якоря и компенсирует его.

4. Смещение щеток с
геометрической нейтрали.
В машинах мощностью до 1 кВт без добавочных
полюсов улучшение коммутации достигается смещением щеток с геометрической
нейтрали в направлении вращения якоря у генераторов или встречно направлению
вращения якоря у двигателей. Этот способ улучшения коммутации применим лишь в
нереверсируемых электрических машинах, работающих с неизменной нагрузкой.

Искрение на коллекторе
является интенсивным источником электромагнитных колебаний частотой от 1000 до
3000 Гц. Эти колебания распространяются по сети и вызывают помехи в
радиоприемных устройствах. Для устранения помех применяют подавляющие
электрические фильтры из проходных конденсаторов типа КБП емкостью от 0,1 до
1,0 мкФ (рис. 13.10). У этих конденсаторов одним из зажимов является
металлическая оболочка, прикрепляемая к заземленному корпусу машины.

вопрос № 3 Устройство и принцип
действия автотрансформатора.

Его
достоинства и недостатки

Основное конструктивное
отличие автотрансформатора от трансформатора состоит в том, что в
автотрансформаторе часть обмотки ВН является обмоткой НН. В связи с этим
энергия из первичнойцепи во вторичную передается не только за счет магнитной
связи между этими цепями, но и за счет непосредственной электрической связи
этих цепей. Рассмотрим работу однофазного понижающего автотрансформатора (рис.
3.2, а).

Участок обмотки аХ—общий
для первичной и вторичной цепей. Пренебрегая током х. х., запишем уравнение
МДС:

I1 wAX + waX I2=0.

Разделив это уравнение на
число витков обмотки wAX, получим
уравнение токов автотрансформатора:

I1+ I2
(waX / wAX )=0, или I1= — I2
/ kA ,                                             (3.5)

где kA = wAX/waX — коэффициент трансформации
автотрансформатора.-

По общей части витков аХ обмотки
автотрансформатора проходит ток I12,
равный алгебраической сумме токов, т. е.

I12 = I1 + I2.                                                                                       (3.6)

В понижающем
автотрансформаторе вторичный ток больше первичного, т. е. I2>I1. Из
этого следует, что в этом трансформаторе ток I12 в общей части витков аХ равен разности вторичного и
первичного токов:

I12 =I2-I1.                                                                                        (3.7)

Если коэффициент
трансформации автотрансформатора немногим больше единицы, то токи I1 и I2 мало
отличаются друг от друга, а их разность составляет небольшую величину. Это
позволяет выполнить часть аХ обмотки автотрансформатора из провода меньшего
сечения.

Snp=U2I2=U2(I1+I12)=U2I1+U2I12=Sэ + Sрасч. »                                    (3.8)

здесь SэU2I1 — мощность, передаваемая из первичной цепи автотрансформатора во
вторичную благодаря электрической связи между этими цепями.

Таким образом, расчетная
мощность в автотрансформаторе Sрас= U2I12 составляет лишь часть проходной. Это
дает возможность для изготовления автотрансформатора использовать
магни-топровод меньшего сечения, чем в трансформаторе равной мощности.

Средняя длина
витка_обмотки также становится меньше; следовательно, уменьшается расход меди
на выполнение» обмотки авто-трансформйтораГ одновременно уменьшаются
магнитные и электрические потери, а КПД автотрансформатора повышается^

Таким образом,
автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности обладает
следующими преимуществами: меньшим расходом активных материалов (медь и
электротёх»ничё-ская сталь), более высоким КПД, меньшими размерами и
стоимостью. У автотрансформаторов большой мощности КПД достигает 99,7%.

Указанные преимущества
автотрансформатора тем значительнее, чем больше мощность SЭ, а следовательно, чем меньше расчетная часть
проходной мощности.

Мощность SЭ, передаваемая из первичной во вторичную цепь
благодаря электрической связи между этими цепями, определяется выражением

Sэ = U2I1 = U2I2/kA = Sпр/kA,                                                         (3.9)

т. е. величина мощности Sэ обратно пропорциональна коэффициенту трансформации автотрансформатора kA.

Из графика, изображенного
на рис. 3.3, видно, что применение автотрансформатора дает заметные
преимущества по сравнению с двухобмоточным трансформатором лишь при небольших
значениях коэффициента трансформации. например, при kA= вся мощность автотрансформатора передается во
вторичную цепь за счет электрической связи между цепями (Sэ/Sпр=1).

Наиболее целесообразно
применение автотрансформаторов с коэффициентом трансформации kA 2. При большой величине коэффициента трансформации
преобладающее значение имеют недостатки автотрансформатора, состоящие в
следующем:

1. Большие токи к.з. в случаях
понижающего автотрансформатора: при замыкании точек а и X (см. рис. 3.2, а) напряжение U1 подводится
лишь к небольшой части витков Аа, которые обладают очень малым сопротивлением
к.з. В этом случае автотрансформаторы не могут защитить сами себя от
разрушающего действия токов к.з., поэтому токи к.з. должны ограничиваться
сопротивлением других элементов электрической установки, включаемых в цепь
автотрансформатора.

2. электрическая связь стороны ВН со
стороной НН; это требует усиленной электрической изоляции всей обмотки.

3. При использовании автотрансформаторов
в схемах понижения напряжения между проводами сети НН и землей возникает
напряжение, приблизительно равное напряжению между проводом и землей на стороне
ВН.

4. В целях обеспечения
электробезопасности обслуживающего персонала нельзя применять
автотрансформаторы для питания цепей НН от сети ВН.

задача № 1

Выберите тип обмотки и
рассчитайте её шаги. обоснуйте свой выбор. Начертите развёрнутую схему и схему параллельных
ветвей обмотки якоря машины постоянного топка.

исходные данные:

Число пар полюсов Р = 1

Число элементарных пазов Zэ = 15

Число секций S = 15

Число коллекторных
пластин. К = 15

Ток в якоре Ia = 600А

Ток параллельной ветви должен
ограничивается значением. ia = ( 300 – 350) А

Ia = 2a ia

2a – число параллельных ветвей обмотки якоря

ia – ток одной параллельной ветви

2а = 2Р ia = Ia/2a = 600/2*1 = 300A

Выбираем простую петлевую обмотку.

задача № 2

Генератор постоянного
тока с параллельным возбуждением работает в номинальном режиме с мощностью Р
ном при напряжении Uном и токе Iном. ток
в обмотке возбуждения — Iв, в обмотке якоря — Iа. Сопротивление обмотки возбуждения при tхол = 20 °С — RВ 20°С, а обмотки якоря – Ra 20°С. ЭДС генератора- Е. КПД генератора — rном, а суммарные потери мощности в
генераторе ∑ р.

По заданным в таблице 2
значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.
Начертите схему такого генератора и поясните назначение каждого элемента схемы.

задача 3

Трехфазный трансформатор
имеет номинальную мощность SHQM. номинальные
(линейные) напряжения обмоток U1ном и U2ном — номинальные токи I 1ном и I 2ном и коэффициент трансформации k. В сердечнике трансформатора сечением Q создается магнитная индукция Втах при частоте тока
 = 50 Гц. Обе
обмотки соединены в-звезду. Числа виткоз первичной и вторичной обмоток – w1 и w2. ЭДС в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По
заданным в таблице 3 значениям величин определить все остальные, отмеченные в
таблице прочерками.

Учебная работа. Электрические машины и трансформаторы