Вопросы к гос. экзамену по дисциплине «Электрические машины»

ЭМ лучше учить по программе гос. экзамена!

1. Законы электромеханики. Принцип обратимости ЭМ.

2. Генератор независимого возбуждения его характеристики и схема.

3. Работа ТР при нагрузке. Векторная диаграмма, внешние характеристики.

4. Обмотка якоря МПТ. Магнитный поток в воздушном зазоре. ЭДС обмотки якоря.

5. Конструктивная схема магнитной системы МПТ и порядок расчета магнитной цепи. Кривая намагничивания МПТ.

6. Режимы работы асинхронной машины. Зависимость магнитного момента от скольжения.

7. Генератор параллельного возбуждения его характеристики и схема.

8. Устройство и принцип действия трансформатора. ЭДС обмоток ТР.

9. Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения. Схема, пуск, характеристики, регулирование скорости.

10. Уравнения и схемы замещения ТР при ХХ и при нагрузке.

11. Опыт короткого замыкания ТР: уравнения и схема замещения.

12. Устройство, принцип действия и характеристики СГ.

13. Работа синхронного двигателя при постоянном возбуждении и переменной мощности, угловые характеристики.

14. Работа синхронного двигателя при постоянной мощности и переменном возбуждении (U-образные характеристики).

15. Работа СГ под нагрузкой. Векторные диаграммы неявнополюсного и явнополюсного синхронных генераторов.

16. Синхронный компенсатор.

17. Устройство АД. Принцип действия АД.

18. Уравнения АД. Эквивалентная схема замещения АД.

19. Способы регулирования частоты (скорости) вращения АД.

20. Опыты ХХ и КЗ АД, характеристики.

21. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя (АД). Электромагнитный вращающий момент.

22. Уравнения и векторные диаграммы АД.

23. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Схема, пуск, способы регулирования скорости.

24. Принцип действия и способы пуска СД.

25. Генератор смешанного возбуждения, схема и его характеристики; сравнение с генератором параллельного возбуждения.

1. Законы электромеханики. Принцип обратимости эм постоянного тока.

Электрическая машина (ЭМ) – электромеханический преобразователь одного вида энергии в другой.

Преобразователь электрической энергии в механическую – двигатель

Преобразователь механической в электрическую – генератор.

Принцип действия ЭМ базируется на двух основных законах:

1. Закон электромагнитной индукции.

При движении рамки в магнитном поле, в ее активных сторонах индуктируется ЭДС, величина которой пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту рамку.

Направление этой ЭДС определяется правилом Ленца: ЭДС возникает такого направления, что созданный ею ток стремиться воспрепятствовать изменению потока, пронизывающего эту рамку.

Правило правой руки: Силовые линии магнитного поля входят в ладонь, отогнутый большой палец ориентирован в направлении движения проводника, 4 вытянутые пальца указывают направление ЭДС.

2. Закон взаимодействия проводника с током с магнитным полем.

В магнитном поле расположен проводник с током. Тогда будет действовать электромагнитная сила :

Величина будет максимальной, если проводник расположен перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля, т.е. угол

В электромеханике условие обеспечивается конструкционным путем.

Направление определяется правилом левой руки: Силовые линии входят в ладонь, 4 вытянутые пальца ориентированы в направлении тока в проводнике, отогнутый большой палец указывает направление силы

Эти два закона лежат в основе всех ЭМ. Чтобы происходило преобразование энергии необходимо 2 основных функциональных элемента. Один элемент должен создавать магнитное поле, другой должен нести на себе проводники, в которых происходит преобразование.

Принцип обратимости:

Двигатель и генератор одного типа имеют одинаковое конструктивное исполнение. В них действуют оба основных закона. Поэтому можно сказать, что ЭМ обратима и режим ее работы определяется видом подводимой энергии.

ГенераторДвигатель

2. Генератор независимого возбуждения (гнв) и его характеристики и конструктивная схема.

E₂-эдс индуктированное в обмотке якоря (ОЯ); U₂-напряжение на зажимах ОЯ; I2-ток ОЯ; Rн-сопротивление нагрузки; I_н-ток нагрузки; I1-ток в ОВ; r₁-сопротивление ОВ; U1-напряжение на зажимах в цепи возбуждения. В ГНВ I_н=I₂

Как правило, ОВ подключается к источнику через потенциометр. ГНВ применяется: 1) если необходимо регулировать напряжение в широких пределах 2) в высоковольтных генераторах при U>500В, чтобы обеспечить разрядку якоря 3) в низковольтных генераторах при U<50В

Характеристика холостого хода (ххх) .E₂₀=f(I1) При снятии ххх нагрузка отключена(ВН разомкнут), якорь вращается с постоянной скоростью вращения.

I1 увеличивается от 0 до I1н, при котором U20=E20=1.25U2н.

ХХХ отсекает на оси ординат отрезок равный E2ост – остаточная ЭДС ОЯ, обусловленная наличием остаточного магнитного потока в МС.

Внешняя характеристика (ВХ). U2=f(I2) при n2=const; I1=const. При снятии ВХ ВН в первой точке разомкнут, устанавливается такое I1, что U20=E20. Затем ВН замыкается. Уравнение напряжения для якорной цепи на основании 2 закона Кирхгофа будет: E2=I2×r2+I2×Rн+∆Uщ . ∆Uщ=(2-2,5)В на пару разнополярных щеток, не зависит от величины I2 через щетки. Для генераторов с U2н>=115В ∆Uщ можно пренебреч. U2=I2×RнU2=E2-I2×r2 (уравнение ВХ ГНВ)

Таким образом при переходе от ххх к нагрузке, напряжение на зажимах якоря падает по двум причинам: 1) падение напряжения на сопротивлении ОЯ; 2) Размагничивающее действие МДС ОЯ

Р егулировочная характеристика(РХ). I₁=f(I₂) при n₂=const и U₂=const. При снятии РХ, при разомкнутом ВН устанавливается I₁₀соответствующий U₂=U_2н. Затем замыкаем ВН при макс R_н и путем уменьненияRн увеличиваемI₂ и снимаем РХ. Т.к. с увеличением нагрузки U₂уменьш, то для поддержания его постоянным необходимо увелич I1, для того чтобы: 1) скомпенсировать I2*r2 2) Размаг действие МДС ОЯ.

Нагрузочная характеристика. U2=f(I1) при n2=const; I2=const

В соотв с U2=E2-I2*r2 НХ расположена ниже ХХХ. В точке I1: АС = Е20, ВС = U2. Вверх от точки B отложим отрезок I2*r2 = BD. E2=U2+I2*r2, сл-ноCD=E2, AD – уменьшение ЭДС при переходе от ХХ к нагрузке. DG – размаг действие МДС ОЯ в масштабе I1. Треугольник BDG – характеристический треугольник(BD – пропорц падению напр на сопротивл ОЯ, DG – размаг действие МДС ОЯ в масштабе I₁). При I₂=const и уменьшI₁ точка В будет перемещаться по нагрузочной характеристике, при этом DG будет уменьш, т.к. при уменьш I1, уменьш насыщение с-мы, уменьшРазмаг действие МДС ОЯ.

Характеристика КЗ. I_2к=f(I₁) при n₂=const; U₂=0. При снятии этой хар-ки ОЯ замкнута накоротко, а I₁ изменяется от 0 до значения, при котором ток в ОЯ I_2к=1,25I_2н. Работаем на прямолинейном участке, то есть магнитная система не насыщена

При I₁=0: I_2к=E_2ост/r₂. Так как I_2к=E₂/r₂ то хар-ка будет меняться по линейному закону; ab=I_2к×r₂=I_2н×r₂; ∆abc-хар-ий, соответ-ий ненасыщенной магнитной системе. bc=∆F-рдмдсоя при малой степени насыщения.