Реферат: Достижения науки и техники, обусловленные ускорением научно-технического прогресса, способ­ствуют совершенствованию всех отраслей промыш­ленности и транспорта

Заключение

Достижения науки и техники, обусловленные ускорением научно-технического прогресса, способ­ствуют совершенствованию всех отраслей промыш­ленности и транспорта. В первую очередь, это отно­сится к электрическим машинам, составляющим основу электроэнергетики, как в процессе производ­ства электроэнергии, так и в процессе ее потребле­ния.

Совершенствование электрических машин ве­дется по двум направлениям.

Во-первых, совершенствование технологии изготовления электрических машин, с целью увеличе­ния их производства и снижения стоимости.

Во-вторых, применение в электрических маши­нах более качественных магнитных и электроизоля­ционных материалов, с целью повышения технико-экономических показателей электрических машин. И, наконец, в-третьих, создание новых видов элек­трических машин нетрадиционной конструкции, с использованием новейших достижений науки.

Работы последних лет показали, что резервы по усовершенствованию электрических машин тради­ционной конструкции во многом исчерпаны. Поэто­му оказывается целесообразным переход к электри­ческим машинам нового принципа исполнения. В этом смысле особый интерес представляют криоген­ные и магнитогидродинамические электрические машины.

^ Криогенные электрические машины. В крио­генных электрических машинах обмотки выполняют из сверхпроводников или химически чистых металлов (гиперпроводников). При снижении температуры удельное электрическое сопротивление сверхпро­водников вначале плавно снижается, а затем при температуре критического перехода Θкр = 20 К (ниже -253 °С) резко падает до нуля: ρ* = 0 (ρ = 0), т. е. они переходят в состояние сверхпроводимости (рис. 3.1, кривая 1). У обычных металлов и сплавов нет состояния сверхпроводимости, и при снижении температуры их удельное электрическое сопротив­ление плавно уменьшается, достигая значения

ρ* = 10-1 при температуре абсолютного нуля (кривая 2).

У химически чистых металлов (ги­перпроводников) также нет состоя­ния сверхпроводимости, но при глу­боком охлаждении их удельное электрическое сопротивление уменьшается до значения, в 5—7 тыс. раз меньшего, чем при комнатной температуре (кривая 3).




Рис.3.1. Зависимость элек­трического сопротивления проводников от температу­ры:

1 — сверхпроводники; 2 -обычные металлы; 3 — хими­чески чистые металлы


Это свойство сверхпроводников и чистых металлов позволяет по прово­дам небольшого сечения пропускать значительные токи, доводя плотность тока до 100 А/мм2 и более. Электриче­ские потери на нагрев обмоток при этом либо отсутствуют, либо незначи­тельны. Все это дает возможность по­лучать в криогенных машинах силь­ные магнитные поля с магнитной индукцией В = 5 ÷ 10 Тл (в машинах традиционного выполнения В = 0,8 ÷ 1,5 Тл).

Криогенная машина не содержит ферромагнитного сердечни­ка, который, обладая свойством магнитного насыщения, не позво­лил бы получить столь высокие значения магнитной индукции, так как вызвал бы в машине значительные магнитные потери. Сниже­ние потерь (электрических и магнитных) позволяет повысить КПД машин и более эффективно использовать их габариты, создавая машины весьма большой единичной мощности.

Необходимым элементом криогенной машины является криостат, представляющий собой теплоизолированную от внешней среды емкость, заполненную хладагентом (например, жидким ге­лием). Внутри криостата располагают охлаждаемую обмотку или же электрическую машину целиком.

Рассмотрим конструктивную схему криогенного турбогенера­тора со сверхпроводящими обмотками статора 4 и ротора 3 (рис. 3.2). Вся машина помещена в криостат, заполненный жидким ге­лием при температуре 10 К (-263 °С). На валу 2 расположено че­тыре металлических «полюса» 5, на каждом из которых укреплена говитковая полюсная катушка 3 из




Рис. 3.2. Конструктивная схема криогенного турбогенерато­Ра

со сверхпроводящими обмотками на статоре и роторе


сверхпроводника. Статор за­ключен в магнитный экран 7 из сверхпроводящего сплава. По­верхность экрана имеет множество отверстий, через которые внутрь машины проникает жидкий гелий. «Полюсы» ротора 5 и «сердечник» статора б, а также другие элементы конструкции ма­шины не обладают ферромагнитными свойствами, а используются лишь для надежного закрепления обмоток.

Вся машина заключена в металлический кожух 8, образующий стенки криостата. Затем следует толстый слой теплоизоляции 9. Выделяющаяся за счет потерь теплота, а также теплота, прони­кающая в криостат из внешней среды, отбирается жидким гелием. Криогенная машина снабжена рефрижератором 10, подающим в криостат охлажденный гелий взамен испаряющегося. Контактные кольца 11 находятся в холодной зоне, а подшипники 1 и 12 выне­сены за пределы криостата.

Рассмотренная конструкция криогенного генератора обладает существенным недостатком - значительные потери энергии в обмотке статора, вызванные переменным током в обмотке статора и переменным магнитным полем, наведанным этой обмоткой. Эти потери происходят главным образом из-за явления гистерезиса в сверхпроводящей обмотке. Пока еще не найдены эффективные способы ослабления этих потерь, вызывающих интенсивное испа­рение хладагента (жидкого гелия). Поэтому помимо электриче­ских машин с криогированием обеих обмоток создаются и иссле­дуются криогенные машины с криогированием только обмотки возбуждения. Эта обмотка питается постоянным током и защище­на алюминиевым (демпфирующим) экраном от воздействия пере­менного магнитного поля обмотки статора, поэтому в ней не про­исходят явления, вызывающие магнитные потери. Обмотка статора в такой машине имеет обычную конструкцию, т. е. она вынесена за пределы криостата.

Исследования показали, что КПД криогенного синхронного турбогенератора с учетом всех дополнительных расходов энергии на собственные нужды (включая гелиевое охлаждение обмотки возбуждения) на 0,8% выше, чем у обычного синхронного генера­тора с водородным охлаждением мощностью 1200 тыс. кВт. При этом криогенный генератор имеет массу в четыре раза меньше.

В последнее время получены проводниковые материалы, об­ладающие сверхпроводимостью при температуре кипения жидко­го азота (-196 °С) —хладагента более дешевого, чем жидкий ге­лий (температура кипения -268,9 °С). Ведутся работы по созданию проводниковых материалов с еще более высокой температурой сверхпроводимости. Применение этих материалов в криогенном электромашиностроении упростит конструкцию криостатов и снизит стоимость криогенных электрических машин.

Исследования показали, что в ближайшие 10—20 лет криогенное электромашиностроение станет одним из ведущих направлений при создании электрических машин особо большой мощности, выполнение которых по традиционным принципам технически невозможно.

*****многовитковая полюсная катушка 3 из сверхпроводника. Статор заключен в магнитный экран 7 из сверхпроводящего сплава. По­верхность экрана имеет множество отверстий, через которые внутрь машины проникает жидкий гелий. «Полюсы» ротора 5 и «сердечник» статора 6, а также другие элементы конструкции ма­шины не обладают ферромагнитными свойствами, а используются лишь для надежного закрепления обмоток.

Вся машина заключена в металлический кожух 8, образующий стенки криостата. Затем следует толстый слой теплоизоляции 9. Выделяющаяся за счет потерь теплота, а также теплота, прони­кающая в криостат из внешней среды, отбирается жидким гелием. Криогенная машина снабжена рефрижератором 10, подающим в криостат охлажденный гелий взамен испаряющегося. Контактные кольца 11 находятся в холодной зоне, а подшипники 1 и 12 выне­сены за пределы криостата.

Рассмотренная конструкция криогенного генератора обладает существенным недостатком - значительные потери энергии в обмотке статора, вызванные переменным током в обмотке статора и переменным магнитным полем, наведенным этой обмоткой. Эти потери происходят главным образом из-за явления гистерезиса в сверхпроводящей обмотке. Пока еще не найдены эффективные способы ослабления этих потерь, вызывающих интенсивное испа­рение хладагента (жидкого гелия). Поэтому помимо электриче­ских машин с криогированием обеих обмоток создаются и иссле­дуются криогенные машины с криогированием только обмотки возбуждения. Эта обмотка питается постоянным током и защище­на алюминиевым (демпфирующим) экраном от воздействия пере­менного магнитного ноля обмотки статора, поэтому в ней не про­исходят явления, вызывающие магнитные потери. Обмотка статора в такой машине имеет обычную конструкцию, т. е. она вынесена за пределы криостата.

Исследования показали, что КПД криогенного синхронного турбогенератора с учетом всех дополнительных расходов энергии на собственные нужды (включая гелиевое охлаждение

обмотки возбуждения) на 0,8% выше, чем у обычного синхронного генера­тора с водородным охлаждением мощностью 1200 тыс. кВт. При этом криогенный генератор имеет массу в четыре раза меньше.

В последнее время получены проводниковые материалы, об­ладающие сверхпроводимостью при температуре кипения жидко­го азота (-196°Г) —хладагента более дешевого, чем жидкий ге­лий (температура кипения -268,9 °С). Ведутся работы по созданию проводниковых материалов с еще более высокой темпе­ратурой сверхпроводимости. Применение этих материалов в крио­генном электромашиностроении упростит конструкцию криостатов и снизит стоимость криогенных электрических машин.

Исследования показали, что в ближайшие 10—20 лет крио­генное электромашиностроение станет одним из ведущих направ­лений при создании электрических машин особо большой мощно­сти, выполнение которых по традиционным принципам техничес­ки невозможно.

^ Магнитогидродинамические электрические машины. Рас­смотрим принцип действия магнитогидродинамического (МГД) генератора, в котором тепловая энергия преобразуется непосред­ственно в электрическую. Принцип действия основан на том, что при движении рабочего тела, обладающего достаточной электро­проводностью (электролита, жидкого металла, ионизированного газа), поперек силовых линий магнитного поля в этом рабочем те­ле индуцируется ЭДС и возникает ток, который через соответст­вующие электроды отводится во внешнюю электрическую цепь. Для пояснения воспользуемся упрощенной схемой МГД- генератора (рис. 3, а), в котором рабочим телом являются продукты сгорания топлива с присадкой, усиливающей их электропровод­ность. Топливо 1, воздух 2 и присадка 3 подаются н камеру сгора­ния 4. Образующийся при этом ионизированный газ выходит из сопла 5 и проходит через внутреннюю полость электромагнита 6 поперек магнитных силовых линий поля. В соответствии с явлени­ем электромагнитной индукции в ионизированном газе наводится ЭДС, которая снимается двумя электродами 7 и подается во внешнюю цепь к потребителю rн. Ионизированный газ, пройдя через магнитное поле, выходит из генератора. Таким образом, в МГД-генераторе теплота, образуемая при сгорании топлива, непосред­ственно преобразуется в электрическую энергию, а поэтому необ­ходимость в получении механической энергии отпадает (не нужны паровой котел и паровая турбина).

Исследования показали, что МГД-генераторы приобретают существенные преимущества перед тепловыми электростанциями традиционного действия лишь при условиях значительной еди­ничной мощности (более 100 МВт) и изготовлении обмотки элек­тромагнита из сверхпроводника, помещенного в криостат.

МГД-генераторы обратимы и могут работать в двигательном режиме. Обычно МГД-двигатели применяются для перемещения электропроводных жидкостей, их принято называть МГД- насосами. Для пояснения принципа работы МГД - насоса обратимся к рис. 3.3, б. Электропроводная жидкость, проходя через канал 1, попа­дает в пространство между полюсами N и S электромагнита. При этом через жидкость от электрода 2 к электроду 3 проходит элек­трический ток, который взаимодействует с магнитным полем и создает электромагнитные





Рис. 3.3. Принцип действия МГД-генератора (а) и МГД-двигателя (б)


силы, которые и «проталкивают» жид­кость через межполюсное пространство электромагнита.

Подобные МГД-насосы могут применяться для транспорти­ровки различных электропроводных жидкостей. Например, их можно использовать для перемещения расплавленного металла в литейном производстве.

Рассмотренные МГД-машины называют кондукционными, так как их конструкция предусматривает обязательное наличие элек­тродов для съема или подачи электрического тока. Созданы также МГД-машины индукционные (асинхронные), в которых отсутст­вуют электроды, а ЭДС или электромагнитные силы возникают в результате взаимодействия перемещаемой электропроводной жидкости с бегущим магнитным полем [1].


^ Задачи для самостоятельного решения


1. ТРАНСФОРМАТОРЫ


Задача 1.1. Однофазный трансформатор включен в сеть с час­тотой тока 50 Гц. Номинальное вторичное напряжение U2ном, а ко­эффициент трансформации k. Определить число витков в обмот­ках w1 и w2, если в стержне магнитопровода трансформатора сечением Qст максимальное значение магнитной индукции Вmах (табл. 1.1).


Таблица 1.1


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U2ном, В

230

400

680

230

230

400

400

680

230

230

k

15

10

12

8

10

6

8

12

14

8

Qст м2 * 10-1

0,49

0,80

1,2

1,8

0,65

0,80

1,2

0,76

0,60

085

Вmax, Тл

1,3

1,6

1,8

1,3

1,4

1,5

1,2

1,3

1,5

и


Задача 1.2. Для однофазного трансформатора номинальной мощностью Sном и первичным напряжением U1ном, мощностью ко­роткого замыкания Рк.ном и напряжением к.з. uк рассчитать данные и построить график зависимости изменения вторичного напряже­ния ΔU от коэффициента нагрузки β, если коэффициент мощности нагрузки соs φ2 (табл. 1.2).


Таблица 1.2

Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sном, кВА

600

250

800

100

180

560

320

50

120

80

U1ном, кВ

31,5

6,3

31,5

6,3

6,3

10

10

3,4

6,3

10

Рк.ном, кВт

20

12

22

7

10

25

13

3,5

8

5,4

Uк, %

8,5

6,5

8,5

5,5

6,5

7

6,5

5,5

5,5

6

cos φ2

0,75 (емк.)

0,85 (инд.)

0,80 (емк.)

0,70 (инд.)

1,0

0,85 (инд.)

0,9 (емк.)

1,0

0,80 (инд.)

0,70 (инд.)



Задача 1.3. Для однофазного трансформатора, данные которо­го приведены в задаче 1.2, рассчитать и построить график зависи­мости КПД от нагрузки η = f (β), если максимальное значение КПД трансформатора соответствует коэффициенту нагрузки β/ = 0,7.


Задача 1.4. Трехфазный трансформатор номинальной мощно­стью Sном и номинальными напряжениями (линейными) U1ном и U2ном имеет напряжение короткого замыкания uк, ток холостого хода i0, потери холостого хода Р0ном и потери короткого замыкания Р к.ном. Обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда— звезда». Требуется определить параметры Т-образной схемы замещения, считая ее симметричной: r1 = r2' и х1 = х2'; определить КПД η и полезную мощность Р2, соответствующие значениям полной потребляемой мощности S1 = 0,25 Sном, S2 = 0,5 Sном, S3 = 0,75 Sном и S4 = Sном при коэффициентах мощности нагрузки соs φ2 = 0,8 и соs φ2 = 1, по полученным данным построить графики η = f(P2) в одних осях координат; определить номинальное изменение напряжения ΔUном (табл. 1.3).

Таблица 1.3


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sном, кВА

100

180

320

560

1000

800

600

700

400

200

U1ном ,кВ

0,5

3,0

6,0

10

35

10

10

6,0

3,0

3,0

U2ном, кВ

0,23

0,4

0,4

0,4

3,0

0,4

0,6

0,6

0,23

0,23

Uк, %

5,5

5,5

8,5

6,5

5,5

6,5

8,5

5,5

6,5

5,5

Р0ном, кВт

0,65

1,2

1,6

2,5

5,2

3,6

2,8

3,2

2,0

1,5

Рк.ном, кВт

2,0

3,6

5,8

9,0

13,5

10,0

9,0

8,2

6,0

4,0

io. %

6,5

5,5

5,5

5,5

5,0

5,0

5,5

5,5

5,5

6,5



Задача 1.5. Три трехфазных трансформатора номинальной мощностью SномI, SномII и SномIIIвключены на параллельную работу. Требуется определить: 1) нагрузку каждого трансформатора (SI, SII и SIII ) в кВА, если общая нагрузка равна сумме номинальных мощностей этих трансформаторов (Sобщ = SномI+ SномII+ SномIII);

2) степень использования каждого из трансформаторов по мощно­сти (S/ Sном);

3) насколько следует уменьшить общую нагрузку трансформаторов Sобщ, чтобы устранить перегрузку трансформато­ров; как при этом будут использованы трансформаторы по мощно­сти в процентах (табл. 1.4).


Таблица 1.4


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

Первый трансформатор
















Номинальная мощность Sном1 , кВА

5000

5600

3200

1800

560

Напряжение к.з. UкI, %

5,3

5,3

4,3

4,4

4,0

Второй трансформатор
















Номинальная мощность Sном1I, кВА

3200

3200

4200

3200

420

Напряжение к.з. UкII, %

5,5

5,5

4,3

4,0

4,2

Третий трансформатор
















Номинальная мощность Sном1II, кВА

1800

3200

5600

4200

200

Напряжение к.з. UкIII, %

5,7

5,5

4,0

3,8

4,5


^ 2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИН


Задача 2.1. Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора по данным, при­веденным в табл. 2.1. Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась v-я высшая гармоника в кривой индуцированной ЭДС обмотки. Соединение катушечных групп последовательное, фазы обмотки соединить звездой, катушки одновитковые.


Таблица 2.1

Величины

Варианты

1

1

3

4

5

6

7

8

9

10

Число пазов Z1,

48

60

36

48

36

36

24

60

36

54

Число полюсов 2р

8

>

4

4

4

2

6

2

10

6

6

Гармоника v

5

7

5

7

5

7

5

7

5

7



Задача 2.2. Используя данные и результаты расчета задачи 2.1, определить эффективные значения фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник, приняв величину ос­новного магнитного потока Ф = 3/ Z1 Вб и частоту тока 50 Гц. Рас­считать значения этих ЭДС, если бы шаг обмотки был полным.


Задача 2.3. По данным задачи 2.1 рассчитать параметры и на­чертить развернутую схему трехфазной однослойной обмотки ста­тора с лобовыми соединениями, расположенными в двух плоско­стях. Катушечные группы соединить последовательно, фазные обмотки соединить звездой.


^ 3. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Задача 3.1. Определить значения ЭДС, индуцируемые вра­щающимся магнитным потоком Ф в обмотке статора Е1, в непод­вижном и вращающемся роторах E2 и Е2s, частоту вращения рото­ра n2 и частоту тока в роторе f2, если известны число последовательно соединенных витков фазы обмотки статора w1, обмоточный коэффициент kоб1, число полюсов 2р, частота тока f1 = 50 Гц и номинальное скольжение sном (табл. 3.1).


Таблица 3.1


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ф,Вб10-3

45

34

28

82

55

45

58

48

40

75

w1|

96

100

128

48

66

46

60

80

84

40

Kоб1

0,96

0,90

0,94

0,86

0,90

0,96

0,84

0,90

0,96

0,90

Sном

0,02

0,03

0,02

0,04

0,06

0,01

0,04

0,03

0,03

0,02

2р

4

6

8

12

2

4

6

8

6

10

Задача 3.2. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А имеет технические данные, приве­денные в табл. 3.2. Определить высоту оси вращения h, число по­люсов 2р, скольжение при номинальной нагрузке sном, момент на валу Мном, начальный пусковой Мп и максимальный Мmах моменты, номинальный и пусковой токи I1ном и Iп в питающей сети при со­единении обмоток статора звездой и треугольником.

Таблица 3.2


Тип двигателя



Варианты

Рном, кВт

n2нои,

об/мин



ηном,%



соs

φ1









Uс, В



4А10082УЗ

4,0

2880

86,5

0,89

7,5

2,0

2,5

220/380

4А16082УЗ

15,0

2940

88,0

0,91

7,0

1,4

2,2

220/380

4А200М2УЗ

37,0

2945

90,0

0,89

7,5

1,4

2,5

380/660

4А112М4УЗ

5,5

1445

85,5

0,85

7,0

2,0

2,2

220/380

4А132М4УЗ

11,0

1460

87,5

0,87

7,5

2,2

3,0

220/380

4А180М4УЗ

30,0

1470

91,0

0,89

6,5

1,4

2,3

380/660

4А200М6УЗ

22,0

975

90,0

0,90

6,5

1,3

2,4

220/380

4А280М6УЗ

90,0

985

92,5

0,89

5,5

1,4

2,2

380/660

4А315М8УЗ

110

740

93,0

0,85

6,5

1,2

2,3

380/660

4А355М10УЗ

110

590

93,0

0,83

6,0

1,0

1,8

380/660


Задача 3.3. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, работающий от сети частотой 50 Гц и напря­жением U1 (фазное), имеет параметры, приведенные в табл. 3.3: номинальная мощность Рном, коэффициент мощности соs φ1ном, магнитные потери Рм механические потери Рмх, активное сопро­тивление фазы обмотки статора r1 при рабочей температуре, ак­тивное приведенное сопротивление обмотки ротора r/2 . Рассчитать данные и построить график зависимости КПД от относительного значения полезной мощности η = f (Р2/ Рном). При этом принять добавочные потери равными Рдоб = 0,005 Р2, а коэффициент мощ­ности считать изменяющимся в функции Р2/ Рном в соответствии с графиком 2 на рис. 13.9.

Таблица 3.3


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Рном, кВт

4,0

15

45

5,5

11

30

4,0

15

110

250

cos φ 1ном

0,89

0,91

0,90

0,86

0,87

0,89

0,84

0,88

0,9

0,92

U1,В

220

220

220

220

220

380

220

380

380

380

r1, 0м

1,62

0,40

0,083

1,5

0,53

0,16

1,62

1,1

0,11

0,03

r2' , Ом

1,4

0,2

0,043

1,2

0,28

0,06

1,40

0,4

0,02

0,01

Pм, Вт

129

270

730

145

230

680

129

264

1230

1670

Рмех, Вт

80

250

370

40

100

320

30

125

550

900



Задача 3.4. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает от сети переменного тока частотой 50 Гц. При номинальной нагрузке ротор двигателя вращается с частотой n2ном; перегрузочная способность двигателя λ, а крат­ность пускового момента Мп/ Мном. Рассчитать данные и построить механическую характеристику двигателя в относительных едини­цах М* = f (s) (табл. 3.4).


Таблица 3.4


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

n2ном об/мин

1450

2940

960

1420

720

2920

580

1430

730

575

λ

2,2

1,9

2,0

2,2

2,0

1,9

1,8

2,2

1,7

1,8

Мп /Мном

1,4

1,4

1,2

1,0

1,0

1,2

1,4

1,0

0,9

1,0



^ 4. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ


Задача 4.1. Имеется трехфазный синхронный генератор мощ­ностью Sном с напряжением на выходе U1ном (обмотка статора со­единена звездой) при частоте тока 50 Гц и частоте вращения n1. КПД генератора при номинальной нагрузке ηном (табл. 4.1). Гене­ратор работает на нагрузку с соs φном = 0,9. Требуется определить активную мощность генератора при номинальной нагрузке Рном, ток в обмотке статора I1ном, требуемую первичному двигателю мощность Р1 и вращающий момент М1 при непосредственном механическом соединении валов генератора и первичного двигателя.


Таблица 4.1


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sном, кВА

330

400

270

470

230

600

780

450

700

500

U1ном, кВ

6,3

3,2

0,4

6,3

0,7

3,2

6,3

0,4

6,3

3,2

ηном, %

92

92

90

91

90

93

93

91

93

92

n1, об/ мин

1000

750

600

1000

600

500

1000

500

1000

600


Задача 4.2. Трехфазный синхронный генератор номинальной мощностью Рном и номинальным (фазным) напряжением U1ф.ном работает с коэффициентом мощности соs φ1ном = 0,8 (инд.). Об­мотка фазы статора имеет индуктивное сопротивление рассеяния х1 (табл. 4.2), отношение короткого замыкания ОКЗ = 0,7. Требу­ется построить практическую диаграмму ЭДС и по ней определить номинальное изменение напряжения генератора при сбросе на­грузки. Активным сопротивлением фазы обмотки статора пренеб­речь. Характеристика х.х. генератора нормальная (см. с. 262).


Таблица 4.2



Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Рном, кВА

15

25

35

45

60

50

40

30

20

10

U1ном, В

230

230

230

400

400

400

400

230

230

230

х1 ,Ом

0,35

0,21

0,15

0,32

0,24

0,30

0,35

0,18

0,25

0,40


Задача 4.3. Трехфазный синхронный двигатель номинальной мощностью Рном и числом полюсов 2р работает от сети напряже­нием U1ном (обмотка статора соединена звездой). КПД двигателя ηном, коэффициент мощности соs φ1ном при опережающем токе ста­тора. Перегрузочная способность двигателя λ, а его пусковые па­раметры определены кратностью пускового тока Iп/ Iном и кратно­стью пускового момента Мп/ Мном. Значения этих величин приведены в табл. 4.3. Требуется определить: потребляемые из сети двигателем активную мощность Р1 и ток I1ном, развиваемый двигателем при номинальной нагрузке вращающий момент Мном, суммарные потери ∑Р, пусковой момент Мп и пусковой ток Iп а также вращающий момент Мmах, при котором двигатель выпадает из синхронизма.


Таблица 4.3

Варианты

Величины

Рном,

кВт

U1ном

кВ

2р

cos φ1ном

ηном, %







1

575

6,0

6

0,8

93

5

1,4

1,5

2

600

3,0

10

0,9

92

5,5

1 7

1,5

3

325

3,0

8

0,9

90

4,5

1,7

1,6

4

60

0,38

6

0,8

89

4,5

2,2

1,6

5

160

0,38

6

0,8

90

4,8

2,4

1,5


Задача 4.4. В трехфазную сеть напряжением Uс включен по­требитель мощностью Sпотр при коэффициенте мощности соs φ. Определить мощность синхронного компенсатора Qск, который следует подключить параллельно потребителю, чтобы коэффици­ент мощности в сети повысился до значения соs φ'. На сколько необходимо увеличить мощность синхронного компенсатора, что­бы повысить коэффициент мощности сети еще на 0,05 (табл. 4.4).


Таблица 4.4


Величины

Варианты




1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Uc, кВ

Sпотр, кВА

103

6,0 0,66

10,0 4,5

20,0 1,8

35,0 2,4

6,0 0,8

10,0 1,7

20,0 1,5

35,0 35

6,0

2,0

10,0 3 5

cos φ

0,70

0,72

0,70

0,75

0,70

0,72

0,75

0,74

0,78

0,72

cos φ'

0,90

0,92

0,88

0,90

0,85

0,80

0,83

0,85

0,90

0,85


^ 5. КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ


Задача 5.1. По данным, приведенным в табл. 5.1, рассчитать параметры и начертить развернутую схему простой волновой (ПВ) обмотки якоря. На схеме обозначить полюсы, расставить щетки и, задавшись направлением вращения якоря, определить, определить полярности щеток в генераторном режиме. Выполнить схему параллельных ветвей обмотки якоря и определить ее сопротивление, считая при этом сопротивление одной секции равным 0,02 Ом (секции одновитковые).

Таблица 5.1



Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Число пазов Z



20 4


ПП

25 б


ПВ

33 8


ПВ

32 4


ПП

23 4


ПВ

24 8


ПП

29 4


ПВ

30 6


ПП

27 4


ПВ

28 6


ПП

2p

4

6

8

4

4

8

4

6

4

6

Тип обмотки

ПП

ПВ

ПВ

ПП

ПВ

ПП

ПВ

ПП

ПВ

ПП



Задача 5.2. Генератор постоянного тока независимого возбу­ждения с номинальным напряжением Uном и номинальной часто­той вращения nном имеет простую волновую обмотку якоря, со­стоящую из N проводников. Число полюсов генератора 2р = 4, сопротивление обмоток в цепи якоря при рабочей температуре ∑r, основной магнитный поток Ф. Требуется для номинального режима работы генератора определить: ЭДС Еа, ток нагрузки Iном (размагничивающим влиянием реакции якоря пренебречь), полез­ную мощность Рном, электромагнитную мощность Рэм и электро­магнитный момент Мном (табл. 5.2).


Таблица 5.2


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Uном, В

230

230

460

460

460

115

460

230

230

230

nном, об/ мин

1500

2300

3000

2300

1500

1000

2300

1000

3000

2300

∑r, 0м

0,175

0,08

0,17

0,3

0,7

0,09

0,27

0,35

0,08

0,14

N

100

118

273

234

200

80

252

114

100

138

Ф.Вб10-2

4,8

2,6

1,7

2,6

4,8

4,5

2,4

6,1

2,4

2,2



Задача 5.3. У генератора постоянного тока параллельного возбуждения мощностью Рном и напряжением Uном сопротивление обмоток в цепи якоря ∑r. Необходимо определить электрические потери якоря и обмотки возбуждения, если в генераторе примене­ны щетки марки ЭГ (см. табл. 27.1), а также определить КПД в режиме номинальной нагрузки. Ток возбуждения принять равным Iв = kв Iном, где kв — коэффициент тока возбуждения, а сумму маг­нитных и механических потерь принять Рм + Рмех = kп Рном где kп — коэффициент постоянных потерь (табл. 5.3).


Величины

Варианты

1

2

г

4

5

6

7

8

9

10

Рном, кВт

55

70

40

25

35

50

30

45

60

75

Uном, В

230

115

230

115

115

230

230

420

420

230

∑r,0м

0,04

0,01

0,05

0,03

0,04

0,04

0,07

0,10

0,07

0,02

kв

0,02

0,02

0,02

0,03

0,02

0,01

0,03

0,03

0,02

0,02

kп

0,03

0,03

0,03

0,04

0,04

0,03

0,04

0,04

0,03

0,02



Задача 5.4. Двигатель постоянного тока номинальной мощно­стью Рном включен в сеть напряжением Uном и при номинальной нагрузке потребляет ток Iном, развивая при этом частоту вращения nном. Требуется определить: значение мощности Р1иом, потребляе­мой двигателем из сети, суммарные потери ∑Р , КПД ηном и мо­мент на валу M2ном.


Таблица 5.4


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Рном, кВт

55

75

100

125

200

42

32

25

75

15

Uном, В

220

220

220

220

220

110

110

110

440

440

Iном, A

289

382

503

630

1020

439

347

264

193

42

nном, об/ мин

1220

1500

1200

1000

1500

2240

1060

1600

3000

750

Задача 5.5. Электродвигатель постоянного тока параллельно­го возбуждения мощностью Рном включен в сеть напряжением Uном, и его якорь вращается с частотой nном (табл. 5.5). Сопротив­ление обмотки возбуждения при рабочей температуре rв, а сопро­тивление обмоток в цепи якоря ∑r. В двигателе применены щет­ки марки ЭГ (см. табл. 27.1). Требуется определить электромагнитную мощность и электромагнитный момент при но­минальной нагрузке двигателя, сумму магнитных и механических потерь (Рм + Рмех), а также сопротивление пускового реостата rп.р, при котором начальный пусковой ток двигателя был бы равен 2,5 Iном.


Таблица 5.5


Величины

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Рном, кВт

6

9

14

20

7,1

11

17

24

15

20

Uном, В

110

220

220

220

220

220

220

220

220

220

nном, об/ мин

750

1060

1500

2360

750

1000

1500

2360

750

1000

ηном, %

81

86

88

89

83

87

89

90

83

86

∑r, 0м

0,14

0,26

0,14

0,05

0,45

0,25

0,11

0,08

0,25

0,17

rв, Ом

34,5

117

117

74

124

124

124

124

53

67