- •Электротехника и Электроника
- •Часть 1: Электрические цепи, трансформаторы, электрические машины
- •4 20075, Казань, к.Маркса 68
- •Тема 1. Исследование неразветленной цепи переменного тока. Резонанс напряжений
- •Вопрос 1. Нарисовать схему замещения электрической цепи. Объяснить какие процессы отражают элементы этой схемы.
- •Вопрос 2. Записать выражение для полного сопротивления, тока и коэффициента мощности при резонансе напряжений.
- •Вопрос 3. В чем заключается явление резонанса напряжений и при каких условиях оно возникает?
- •Вопрос 4. Изменением каких параметров электрической цепи (см. Рис.1) можно получить резонанс напряжений?
- •Вопрос 5. С помощью каких приборов и по какому признаку можно судить о возникновении резонанса напряжений в электрической цепи?
- •Вопрос 6: Провести анализ построенных векторных диаграмм до и после резонанса напряжений и объяснить, в каком случае входное напряжение опережает ток, а в каком – отстает от тока.
- •Вопрос7. По схеме замещения исследуемой цепи проанализируйте, к чему приведет изменение активного сопротивления электрической цепи при резонансе напряжений.
- •Вопрос8. Сохраняется ли резонанс напряжений, если изменить только напряжение питающей сети?
- •Вопрос9. Объяснить ход кривых полученных в этой работе.
- •Вопрос10. Какую опасность для электрических устройств представляет резонанс напряжений? Где используется резонанс напряжений?
- •Вопрос1. Как обозначаются зажимы трехфазного источника и приемника?
- •Вопрос2. Как соединяются электроприемники «звездой»?
- •Вопрос3. Какими уравнениями выражаются мгновенные значения фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке?
- •Вопрос4. В каком соотношении находятся линейные и фазные напряжения при симметричной нагрузке?
- •Вопрос5. Какой режим работы трехфазной цепи называют несимметричным?
- •Вопрос6. Для чего используется нейтральный провод?
- •Вопрос7. Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?
- •Вопрос8. Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?
- •Вопрос 9. К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?
- •Вопрос 10. Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?
- •Вопрос 11. А) Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети?
- •Мощность приемников при любом виде нагрузки
- •Контрольные вопросы
- •Вопрос 1: Где и с какой целью применяют катушки со стальным сердечником?
- •Вопрос 2. С какой целью магнитопроводы электротехнических устройств изготавливают из ферромагнитных материалов?
- •Вопрос 3. Объяснить характер изменения индуктивного и полного сопротивления катушки с сердечником от протекающего через неe тока.
- •Вопрос 4 . Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?
- •Вопрос 5 . Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.
- •Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?
- •Вопрос 7. Объяснить характер зависимостей ; ; ; .
- •Вопрос 1. Устройство и принцип действия трансформатора.
- •Вопрос 2. Записать и объяснить формулы эдс и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора
- •Вопрос 3. Что такое «коэффициент трансформации»?
- •Вопрос 4. Нарисовать и объяснить схему замещения нагруженного трансформатора.
- •Вопрос 5: Как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?
- •Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.
- •Вопрос 7: Как определяется кпд силовых трансформаторов?
- •Вопрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.
- •Контрольные вопросы
- •Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.
- •Вопрос 2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?
- •Вопрос 3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.
- •Вопрос 4. Как осуществить реверс двигателя?
- •Вопрос 5. Что такое режим идеального холостого хода в двигателе?
- •Вопрос 6. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя больше тока холостого хода трехфазного трансформатора такой же мощности?
- •Вопрос 7. Чему равно скольжение в номинальном, критическом, пусковом режимах и при холостом ходе?
- •Вопрос 8. Показать на механической характеристике основные режимы работы асинхронного двигателя.
- •Вопрос 9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.
- •Вопрос 10: в чем особенности пускового режима асинхронного двигателя?
- •Вопрос 11. Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
- •Вопрос 12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя.
- •Вопрос 13: Где используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором?
- •Вопрос 1. Объяснить устройство и принцип действия двигателя параллельного возбуждения.
- •Вопрос 1. Как классифицируются двигатели постоянного тока по способу возбуждения?
- •Вопрос 3. Как возникает электромагнитный момент двигателя?
- •Вопрос 4. Что такое реакция якоря и коммутация машины постоянного тока?
- •Вопрос 5. Объясните процесс пуска двигателя в ход.
- •Вопрос 6. Какими способами можно регулировать частоту вращения двигателя параллельного возбуждения и каковы преимущества и недостатки каждого из них?
- •Вопрос 7 .Объясните процесс саморегулирования двигателя.
- •Вопрос 8 . Как производится реверсирование двигателя?
- •Вопрос 9 Объясните характеристики двигателя: характеристику холостого хода , рабочие характеристики , , , , механическую и регулировочную .
- •Вопрос 10. Сделать оценку двигателя, укажите преимущества и недостатки двигателя параллельного возбуждения.
Вопрос 9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.
Ответ 9 : Частота вращения АД с кз ротором дается формулой:
n2=60f(1-s)/p,
где f – напряжения питающей сети;
s – скольжение;
р – число пар полюсов статора.
Следовательно, частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать изменяя:
а) частоту f напряжения питающей сети. Для этого применяют полупроводниковые преобразователи;
б) изменяя число пар полюсов (ступенчатое регулирование).
в) скольжение можно изменять только в асинхронном двигателе с фазным ротором.
Вопрос 10: в чем особенности пускового режима асинхронного двигателя?
Ответ 10 : При прямом пуске АД ток потребляемой из сети в 5-8 раз превышает номинальный ток, при этом пусковой момент мал.. Поэтому применяют различные способы уменьшения пускового тока .
1) Уменьшают напряжения питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, используя автотрансформаторы.
2) Используют роторы в виде 2-го беличьего колеса. В момент пуска при больших токах суммарное индуктивное сопротивление ротора зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.
Вопрос 11. Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Ответ 11: Пусковые свойства АД определяются следующими величинами:
Пусковым током, начальным пусковым вращающим моментом, плавностью и экономичностью пускового процесса, длительностью пуска.
Способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
1) Прямой- непосредственное подключение к сети. При этом пусковой ток IП составляет 6-8 Iном, пусковой момент 1-2 Мном. Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Частые прямые включения мощного двигателя могут привести к колебаниям энергии в силовой сети, что опасно для нее.
2) Уменьшают напряжение питающей сети используя переключение с треугольника на звезду, Метод применим для двигателей малой и средней мощности <200квт. Уменьшение напряжения на обмотках происходит в раз, а пусковой ток в 3 раза.
**) Уменьшение напряжения на обмотках может уменьшать пусковой момент и он станет меньше требуемого т.е меньше момента нагрузки. Ротор просто не сможет вращаться.
3) используя регулируемые автотрансформаторы, при этом уменьшение напряжения в раз вызывает уменьшение пускового тока и пускового момента в 2 раза.
4. Включают в каждую фазу по дросселю (реактору). Дроссель ограничивает пусковой ток, но одновременно уменьшается пусковой момент.
5) Используют роторы в виде двойного беличьего колеса. В таком роторе суммарное индуктивное сопротивление 2-х беличьих колес зависит от скольжения. С увеличением скольжения оно увеличивается, при уменьшении уменьшается. Это позволяет создавать хороший пусковой момент и уменьшать пусковой ток.
Вопрос 12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя.
Ответ 12: Рабочие характеристик асинхронного двигателя это зависимости n, M, сosφ, I1, P1 , КПД – η от полезной мощности на валу Р2. представлены на рис.45.
а) Зависимость η=f(P2)
КПД двигателя η= P2/ P1= P2/ ΔР+ P2
P1 – мощность, поступившая из сети в двигатель,
P2 – полезная мощность на валу двигателя,
P1= ΔР+ P2
ΔР= мощность всех потерь в двигателе: электрических и магнитных потерь в статоре, электрических потерь в роторе и механических потерь ( трение в подшипниках , трение о воздух) .Потери в обмотках изменяются как I2 . Т.о. по мере роста нагрузки ток двигателя растет, а потери растут быстрее. Поэтому в начале по мере роста нагрузки КПД растет быстро, а затем медленно и достигает максимума при 70-75% нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки Р2 потери значительно возрастают и КПД уменьшается.
б) Зависимость М=f(P2)
По определению в статическом режиме Мэм=Мнагрузки поэтому М эм= P2/ ω2
где ω2= ω1 ·(1-S) угловая частота вращения ротора.
ω1- угловая частота вращения магнитного поля , S-скольжение.
Поэтому зависимость М=f(P2) линейная.
в) Зависимость сosφ =f(P2)
В АД имеет место два энергетических процесса:
а) Необратимый расход активной энергии Р1 и
б) Обратимый процесс периодического изменения запаса энергии магнитного поля, мерой которая является реактивная мощность Q1,
Соотношение между активной мощностью и реактивной мощностью оценивается коэффициентом мощности двигателя сosφ =Р1/ S, где
Коэффициент мощности двигателя зависит от нагрузки на его валу. При холостом ходе, энергия расходуется только на покрытие небольших электрических и магнитных потерь в статоре и незначительных механических потерь в подшипниках., Это означает, что активная мощность мала, а реактивная велика, поэтому сosφ мал. Обычно сosφхх =0,08÷0,15. С увеличением нагрузки активная мощность Р1 так же увеличивается , а реактивная Q1 изменяется незначительно. При нагрузке Р2 =Р2ном сosφ достигает максимума сosφmax =0,75÷0,95. ри дальнейшем увеличении нагрузки из за увеличения потоков рассевания Q1 растет и сosφ уменьшается.
В виду массового применения АД в производстве, использование их с сosφ<0,45 нежелательно, такие двигатели надо заменить на более экономичные.
г) Зависимость n2 =f(P2)
Скорость вращения и скольжение связаны зависимостью n2=n1(1-S).
В режиме холостого хода скольжение S~0 и скорость вращения ротора близка к скорости вращения магнитного поля: n2~n1. С увеличением нагрузки ток ротора возрастает и вызывает нагрев его обмотки. На этом участке электрические потери в роторе ΔР2э пропорциональны скольжению:
ΔР2Э=s·Р2ЭМ
где Р2ЭМ – электромагнитная мощность, предаваемая от статора к ротору.
При нагрузке Р2 =Р2ном скольжение так же номинальное sном, =1.5÷7%, при это этом n2 = n2ном незначительно отличается от n1 . Можно говорить , что АД имеет жесткую характеристику. При увеличении нагрузки выше номинальной ( область перегрузки ) скорость n2 начинает уменьшаться и при нагрузки выше критической Р2> Р2крит двигатель останавливается .
д) Зависимость S =f(P2)
Зависимость скольжения S =f(P2) имеет вид (рис. 46):
Рис. 46
В режиме холостого хода скольжение
S = 0. С увеличением нагрузки скольжение увеличивается. При нагрузке Р2 =Р2ном скольжение номинальное sном, =1.5÷7%. При дальнейшем увеличении нагрузки P2
(область перегрузки) скольжение быстро возрастает и достигает критического значения Sкр. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к увеличению скольжения и неустойчивому режиму работы двигателя или к его остановке.
е) Зависимость I1=f(P2)
Между током статора I1 и током ротора I2 существует трансформаторная связь
Ток статора согласно уравнению для МДЖС имеет вид: I1=I10-I2
где I10 ток холостого хода. I10 не зависит от нагрузки ,
I2-тока ротора . I2 так же как и в трансформаторах зависит от нагрузки.
Поэтому зависимость I1 увеличивается с увеличением P2 .
В режиме холостого хода I1=I10. и составляет от 20 до 75% от номинального тока статора I1ном.
В момент пуска ток ротора I2 = I2пуск =(6÷8) I1ном.