Электрические машины (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Программа, контрольные задания и

методические рекомендации

для студентов ЗФ ИДО

НОВОСИБИРСК

2006

УДК 621.313.

Составители: ст. преподаватель ,

ст. преподаватель ,

д. т.н., проф. С

инж.

Рецензент: канд. техн. наук

Работа подготовлена на кафедре электромеханики

Новосибирский государственный

технический университет, 2006

Общие методические указания

Общий курс электрических машин представлен для студентов электромеханических специальностей в дисциплине «Электрические машины», студентов электротехнических специальностей – в дисциплине «Электромеханика». Курс состоит из следующих разделов:

-  Трансформаторы.

-  Общие вопросы машин переменного тока.

-  Асинхронные машины.

-  Синхронные машины.

-  Коллекторные машины постоянного тока.

Электрические машины и электромеханика являются основополагающими базовыми дисциплинами, определяющими уровень профессиональной подготовки инженеров электромеханических и энергетических специальностей. В процессе освоения дисциплины студент должен изучить конструктивные особенности и принцип действия электрических машин; понять основные физические явления, происходящие в электрических машинах; иметь четкое представление о количественных соотношениях и уравнениях, описывающих работу электрических машин в различных режимах.

Для закрепления теоретического материала студент должен решить ряд практических задач в форме лабораторных, контрольных и курсовых работ.

Особенности изучения курса для каждой из специальностей представлены в таблице 1, варианты заданий на контрольные и курсовые работы выбирают по последней цифре шифра студента. Контрольные работы выполняются в отдельной тетради, а курсовые работы в виде пояснительной записки с приложением графической части работы.

Таблица 1

Дисциплина	Специальность	Семестр	Вид самостоятельной работы
Электрические машины	140601 - Электромеханика	6, 7	Курсовая работа – 6 семестр, контрольная работа – 7 семестр
140604 - Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов	7, 8	Контрольная работа – 7 семестр, курсовая работа – 8 семестр
140606 – Электрический транспорт	6	Курсовая работа
140606 – Электрический транспорт (ускоренная форма обучения)	5	Контрольная работа
140607 – Электрооборудование автомобилей и тракторов	7, 8	Контрольная работа – 7 семестр, курсовая работа – 8 семестр
Электромеханика	140211 - Электроснабжение	6, 7	Курсовая работа – 6 семестр, контрольная работа – 7 семестр

Программа дисциплин

«Электрические машины», «Электромеханика»

Введение

Роль и значение электрических машин в современной технике и энергетике. Перспективы развития и задачи электромашиностроения на современном этапе развития энергетики. Классификация электрических машин. Общие принципы устройства электрических машин.

Трансформаторы

Принцип действия и основные элементы конструкции. Уравнения трансформатора. Приведенный трансформатор, схема замещения. Холостой ход однофазного трансформатора. Магнитные системы трехфазных трансформаторов, схемы и группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. Особенности холостого хода трехфазных трансформаторов. Короткое замыкание трехфазных трансформаторов. Работа трансформаторов под нагрузкой. Векторные диаграммы. Зависимость приведенного вторичного напряжения от коэффициента мощности нагрузки. Изменение вторичного напряжения трансформатора (DU). Формула ГОСТ для определения DU. Потери и КПД трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов. Разновидности трансформаторов.

Общие вопросы машин переменного тока

Условия образования вращающегося магнитного поля. Устройство и принцип действия синхронных и асинхронных машин. Классификация и принцип выполнения обмоток переменного тока.

ЭДС обмоток переменного тока. МДС обмоток переменного тока. Интегральный метод построения кривой МДС. Индуктивные сопротивления обмоток машин переменного тока.

Асинхронные машины

Принцип действия и основные элементы конструкций двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Трехфазная асинхронная машина с заторможенным ротором. Основные явления в асинхронной машине при вращающемся роторе. Приведение рабочего процесса асинхронной машины при вращающемся роторе к рабочему процессу при неподвижном роторе. Схема замещения. Режимы работы, энергетические и векторные диаграммы асинхронных машин. Вывод и анализ формулы электромагнитного момента. Пусковой и максимальный моменты. Пуск в ход и регулирование частоты вращения асинхронного двигателя. Однофазные асинхронные двигатели.

Синхронные машины

Принцип действия и особенности конструкций синхронных машин. Магнитное поле синхронных генераторов (СГ) при холостом ходе и симметричной нагрузке. Реакция якоря. Параметры якорной обмотки при установившемся симметричном режиме работы. Уравнение электрического равновесия СГ. Векторные диаграммы СГ при симметричной нагрузке (диаграмма Блонделя, диаграмма Потье). Характеристики СГ, отношение короткого замыкания. Параллельная работа СГ с сетью бесконечной мощности. Электромагнитная мощность, синхронный и реактивный моменты. Устойчивость синхронной машины при параллельной работе с сетью. Синхронный двигатель (СД). Особенности пуска СД. U - образные кривые СД и рабочие характеристики СД. Синхронный компенсатор. Внезапное короткое замыкание СГ. Переходные и сверхпереходные параметры синхронной машины. Постоянные времени обмоток статора, возбуждения, успокоительной. Несимметричная работа СГ и её анализ по методу симметричных составляющих. Индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности. Опытное определение параметров синхронной машины. Специальные типы синхронных машин.

Коллекторные машины постоянного тока

Принцип действия и устройство машин постоянного тока. Якорные обмотки машин постоянного тока. Э. Д.С. и электромагнитный момент машин постоянного тока (МПТ). Магнитное поле при холостом ходе и при нагрузке, реакция якоря. Коммутация МПТ. Генераторы постоянного тока (ГПТ). Классификация в зависимости от способа возбуждения. Генераторы с самовозбуждением. Характеристики ГПТ всех видов возбуждения. Параллельная работа ГПТ. Двигатели постоянного тока (ДПТ). Пуск в ход и регулирование частоты вращения. Рабочие, регулировочные и скоростные характеристики двигателей всех типов возбуждения. Понятие об устойчивости работы ДПТ. Потери и КПД машин постоянного тока. Разновидности машин постоянного тока.

Контрольная работа №1

Трансформаторы

Задача 1

Для силового трехфазного трансформатора, технические данные которого приведены в таблице 2, определить:

1.  Магнитный поток в сердечнике.

2.  Число витков вторичной обмотки.

3.  Токи в обмотках при заданной нагрузке.

4.  Коэффициент полезного действия трансформатора при заданной нагрузке.

5.  Напряжение на зажимах вторичной обмотки при заданной нагрузке.

6.  Активную мощность, потребляемую трансформатором из сети при заданной нагрузке.

7.  Активные сопротивления фазных обмоток трансформатора (первичной и вторичной).

Изобразить схему замещения и векторную диаграмму рассматриваемого трансформатора.

Примечание: Принять

Задача 2

Два трехфазных трансформатора, технические данные которых указаны в таблице 3, предполагается включить на параллельную работу.

Проверить допустима ли по ГОСТу параллельная работа этих трансформаторов.

№ п/п	Наименование величин	Обозначение	Ед. изм.	Варианты
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1.	Номинальная мощность	Sн	кВА	63	1000	160	1600	250	100	630	400	6300	4000
2.	Номинальное первичное напряжение	U1н	кВ	10	10	6	35	10	10	35	10	35	35
3.	Номинальное вторичное напряжение	U2н	кВ	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	10,5	10,5
4.	Потери холостого хода	Po	кВт	0,26	2,45	0,54	3,65	0,38	0,36	2,0	1,08	9,4	6,7
5.	Потери короткого замыкания	Pк	кВт	1,3	12,2	2,8	18,	4	2,1	7,6	5,8	46,5	33,5
6.	Мощность нагрузки трансформатора	P2	кВт	40	400	80	500	100	50	300	200	3500	2500
7.	Коэффициент мощности нагрузки	cosj2	о. е.	0,85	0,8	0,85	0,9	0,8	0,8	0,85	1,0	0,8	0,8
8.	Напряжение короткого замыкания	Uк	%	4,5	5,5	4,7	6,5	4,5	4,5	6,5	5,0	7,5	7,5
9.	Число витков первичной обмотки	W1	_	1000	1100	1000	1200	1000	1100	1300	1200	1000	1500
10.	Магнитная индукция в сердечнике	B	Тл	1	0,9	0,85	1,1	0,95	0,9	1,0	0,8	1,0	0,95
11.	Схема соединения обмоток	-	_	Y/Y	Y/D	Y/D	D/Y	Y/Y	Y/D	D/D	D/Y	Y/D	Y/Y

Таблица 2