3 Часть. Электрические машины и электропривод

3.1. ТРАНСФОРМАТОРЫ. Назначение. Принцип действия. Режим холостого хода. Работа трансформатора под нагрузкой. Опыт короткого замыкания. Трехфазный трансформатор. Автотрансформатор.

3.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Характеристики. Реверсирование двигателя. Пуск двигателя. Регулирование скорости. Устройство и принцип действия синхронных машин. Области применения.

3.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. Устройство и принцип действия. Работа машин в режиме генератора и двигателя. Классификация машин по способу возбуждения. Реверсирование. Области применения двигателей постоянного тока.

3.4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ. Основные понятия об электроприводе. Применение ЭВМ и микропроцессоров в системах управления электроприводами. Выбор двигателей. Схемы электроснабжения предприятий. Особенности электроснабжения предприятий пищевой промышленности. Рациональное использование электрических электроприводов.

Учебная программа дисциплины согласно государственному стандарту

Введение. Электрические и магнитные цепи. Основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей. Анализ и расчет линейных цепей переменного тока. Анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ и расчет магнитных цепей. Электромагнитные устройства и электрические машины. Электромагнитные устройства. Трансформаторы. Машины постоянного тока. Асинхронные машины. Синхронные машины. Основы электроники и электрические измерения. Элементная база современных электронных устройств. источники вторичного электропитания. Усилители электрических сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства. Основы цифровой электроники. Микропроцессорные средства. Электрические измерения и приборы.

Рекомендации по выполнению контрольной работы

По учебным планам студенты технологических специальностей должны выполнить по курсу "Электротехника" одну контрольную работу, которая должна быть выполнена в сроки, установленные учебным графиком и сдана в деканат для рецензирования до начала лабораторно-экзаменационной сессии.

Задачи для контрольной работы приведены ниже. Данные для решения каждой задачи приведены в двух таблицах. Номер варианта определяется двумя последними цифрами учебного шифра студента: по предпоследней цифре шифра выбирается для данной задачи строка в таблице, имеющей нечетный номер, по последней цифре шифра для этой задачи выбирается строка в таблице, имеющей четный номер. Например, для шифра 236-ТМ-99 при решении задачи 4 выбираются данные, приведенные в 3 строке таблицы 7 и в 6 строке таблицы 8. При однозначном учебном шифре следует в таблице, имеющей нечетный номер, выбирать нулевую строку. Например, шифр 7-ТМ-99 читать как 07-ТМ-99. К задаче 1 электрическая схема выбирается по таблице-рисунку 1, а параметры схемы приведены в таблице 2.

Темы контрольных задач Задача № 1

К симметричной трехфазной сети с линейным напряжением Uл подключен несимметричный приемник энергии, имеющий в каждой фазе активное R и реактивное X сопротивления Десять вариантов схем приведены на Рис.1. Сопротивления линейных проводов и нейтрального провода настолько малы, что их следует считать равными нулю. Необходимо определить линейные и фазные токи и построить векторную диаграмму, показав на ней векторы всех токов и напряжений. Исходные данные приведены в таблице 2.

Рис.1.Варианты схем к задаче 1.

Рис.1. Варианты схем для задачи 1 (продолжение).

Таблица 2

Номер строки	Напряжение Uл, В	Сопротивление R, Ом	Сопротивление Х, Ом
1	42	18,19	10,50
2	127	55	31,75
3	220	95,26	55
4	380	164,5	95
5	660	285,79	165
6	660	165	95
7	380	95	55
8	220	55	31,75
9	127	31,75	18,33
0	42	10,5	6,06

Методические указания к задаче № 1

Задача №1 предусматривает расчет трехфазной цепи переменного тока при соединении приемников электрической энергии в звезду или треугольник. Студент должен разобраться в заданной схеме соединений и в соотношениях линейных и фазных токов и напряжений для этой схемы.

1. Определить полное сопротивление каждой фазы приемника энергии (потребителя);

2. Определить фазное напряжение Uф в зависимости от схемы соединения:

• для треугольника ;

• для звезды

3. Определить токи в каждой фазе потребителя

4. Определить линейные токи Iа, Ib, и Ic в зависимости от схемы соединения: для звезды Iл = Iф; для треугольника проще всего найти токи Iл графически из векторной диаграммы (см. п. 5). Величина тока определяется умножением длины соответствующего вектора на масштаб тока. Кроме того, величину этих токов можно определить аналитически.

5. При соединении треугольником напряжения Uф = Uл, поэтому построение векторной диаграммы начинаем с построения в выбранном масштабе векторов напряжений. Ниже вектора обозначаются выделение жирным шрифтом или черточкой сверху буквы.

Угол сдвига по фазе между Uф и Iф зависит от характера нагрузки. При активной нагрузке - Uф и Iф совпадают по фазе, при активно-индуктивной нагрузке - Iф отстает от Uф на угол j, при активно-емкостной - Iф опережает Uф на угол j. Значение этого угла можно найти из треугольника сопротивлений (см. рис. 2)

j = arctg(X/R) (1)

или

j = arccos(R/Z)

Рис. 2

Определив угол в каждой фазе потребителя по формуле (1), строим векторы фазных токов Iф. Затем по уравнениям:

строим векторы линейных токов и определяем их величины. I = L M , где L - длина вектора в мм; M - масштаб [А/мм].

6. При соединении звездой с нейтральным проводом напряжения Uф равны между собой и определяются

Построение векторной диаграммы начинаем с построения в выбранном масштабе векторов фазных напряжений Ua, Ub и Uc . Векторы линейных напряжений строим по уравнениям:

; ;

Векторы токов строим в зависимости от углов их сдвига по фазе относительно соответствующих фазных напряжений.

Наконец, строим вектор тока нейтрального провода как геометрическую сумму векторов фазных токов

Рассмотрим пример:

Пусть заданы схема №3 рис.1 и ее параметры: Uл = 36В; Х = 5,2 Ом; R = 9 Ом.

Напряжения фаз источника и нагрузки Uф одинаковы (ведь сопротивлением проводов мы пренебрегаем):

In

10

Рис. 3 Схема соединения потребителей электроэнергии в звезду

Для звезды линейные токи равны токам фаз:

Построение векторной диаграммы (рис. 3) начинаем с построения в выбранном масштабе векторов линейных и фазных напряжений.

Векторы токов строим в выбранном масштабе токов, учитывая углы сдвига по фазе (см. рис.3).

В активно-индуктивной нагрузке ток по фазе отстает от напряжения, а в активно-емкостной нагрузке опережает его на некоторый угол j .

Для схемы рассматриваемого примера j = 90, j = 30, j =-30 ( см. рис. 4).

На основании первого закона для узла «0» ток нейтрального провода I равен геометрической сумме токов фаз Ia , Ib и Ic:

Рис.4. Векторная диаграмма