Вариант №4
Работа 1. Параллельная работа трансформаторов
1. Цель работы
Исследование возможности параллельной работы двух трансформаторов, имеющих различные параметры.
2. Схема исследования
Рис. 1. Рис. 2.
На рис.1 приведена электрическая схема параллельной работы двух трехфазных трансформаторов. На рис.2 дана упрощенная схема замещения параллельной работы двух трансформаторов с одинаковыми группами соединений и коэффициентами трансформации.
3. Постановка задачи
По данным, приведенным в таблице 1.1, требуется выбрать два трансформатора Т1 и Т2 , имеющие различную мощность SН и напряжение uK короткого замыкания (к. з.). Значение мощности SН (кВА) указано в обозначении марки трансформатора. Значение напряжения к. з. uK приведено в таблице 1.1 ( % от номинального напряжения).
Номинальное первичное напряжение 10 кВ, вторичное напряжение 0,4 кВ. Требуется рассчитать нагрузку каждого трансформатора при параллельной работе и оценить влияние различия uK на величину допустимой совместной нагрузки.
Выбор варианта производится по последней цифре шифра.
Т а б л и ц а 1.1
Данные трансформаторов
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
Т 1 | ТМ-100 | ТМ-100 | ТМ-160 | ТМ-160 | ТМ-250 | ТМ-250 | ТМ-250 | ТМ-400 | ТМ-2500 | ТМ-4000 |
4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 5,5 | 5,5 | |
Т 2 | ТСЗ-160 | ТСЗ-250 | ТМ-250 | ТСЗ-400 | ТМ-630 | ТМ-400 | ТМ-630 | ТМ-630 | ТМ-6300 | ТМ-6300 |
5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 | 6,5 | 6,5 |
4. Исходные данные
Вариант
Трансформатор 1: мощность S1 = 160 кВА, напряжение к. з. uK1 = 4,5 %.
Трансформатор 2: мощность S2 =400 кВА, напряжение к. з. uK2 = 5,5 %.
5. Выполнение работы
Общая нагрузка, кВА
S = S1 + S2 =160+400=560 кВА
Сумма отношений номинальной мощности к напряжению к. з. каждого трансформатора
Относительная нагрузка каждого трансформатора
Допустимое значение общей нагрузки
Трансформатор, имеющий меньшее значение uK, перегружен. В данном случае это трансформатор Т1. В связи с перегрузкой трансформатора Т1 общую нагрузку следует уменьшить.
Допустимое значение общей нагрузки составит, кВА
Sдоп = S/
= 560/1,15=486,9
Уменьшение нагрузки составит, кВА
S = S - Sдоп =560-486,9=73,1
6. Выводы
В связи с тем, что трансформаторы имеют различные значения напряжений к. з., трансформатор, имеющий меньшее значение uK, перегружен, что недопустимо.
В связи с этим общую нагрузку следует уменьшить на величину перегрузки одного из трансформаторов. Таким образом, установленная мощность трансформаторной подстанции будет недоиспользована.
Рекомендуется включать на параллельную работу такие трансформаторы, у которых отличие uK от среднего арифметического значения всех работающих трансформаторов не превышает 10 % и отношение номинальных мощностей находится в пределах 3:1.
Работа 2. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
1. Цель работы
Теоретическое исследование механической характеристики асинхронного двигателя (АД) и расчет емкости конденсаторов, позволяющих увеличить коэффициент мощности трехфазного асинхронного двигателя. .
2. Схема исследования
Схема исследования приведена на рисунке 2.1.
Активная мощность, потребляемая двигателем, измеряется способом двух ваттметров.
Измеренная мощность определяется алгебраической суммой показаний ваттметров
Р1 = PW1 + PW2.
Рис. 2.1.
3. Постановка задачи
Паспортные данные асинхронного двигателя с короткозамкнутым (к. з.) ротором приведены в табл. 2.1, где Р2Н - номинальная мощность двигателя,
n1 - синхронная частота вращения, ηН - номинальное значение КПД, cosφН - номинальное значение коэффициента мощности, sН - номинальное скольжение, кМ - кратность максимального момента, кП - кратность пускового момента. Частота сети f = 50 Гц, напряжение сети U1Н = 380 В, сопряжение фаз обмотки статора двигателя «звезда».
Выбор варианта производится по последней цифре шифра.
Требуется:
- выполнить расчет механической характеристики; рассчитать емкость блока конденсаторов, компенсирующих потребляемую реактивную мощность двигателя до значения
cosц =0,95. Сопряжение фаз блока конденсаторов указано в таблице 2.1;
- определить показания приборов, указанных на схеме рис.2.1.
Т а б л и ц а 2.1
Паспортные данные асинхронных двигателей с к. з. ротором
Ва ри ант | Паспортные данные асинхронных двигателей | Сопряжение фаз блока конденсаторов | |||||||
Тип двигателя | Р2Н, | n1, | КПД ηН,% | cosφН | sН, | кП | кМ | ||
1 | 4А160S2У3 | 15 | 3000 | 88,0 | 0,91 | 2,1 | 1,4 | 2,2 | |
2 | 4А160М2У3 | 18,5 | 3000 | 88,5 | 0,92 | 2,1 | 1,4 | 2,2 | |
3 | 4А180S2У3 | 22,0 | 3000 | 88,5 | 0,91 | 1,9 | 1,4 | 2,5 | ″звезда″ |
4 | 4А160S4У3 | 15,0 | 1500 | 88,5 | 0,88 | 2,3 | 1,4 | 2,3 | |
5 | 4А160М4У3 | 18,5 | 1500 | 89,5 | 0,88 | 2,2 | 1,4 | 2,3 | |
6 | 4А180S4У3 | 22,0 | 1500 | 90,0 | 0,90 | 2,0 | 1,4 | 2,3 | |
7 | 4А160S6У3 | 11,0 | 1000 | 86,0 | 0,86 | 2,7 | 1,2 | 2,0 | |
8 | 4А160М6У3 | 15,0 | 1000 | 87,5 | 0,87 | 2,6 | 1,2 | 2,0 | ″треугольник″ |
9 | 4А160М8У3 | 11,0 | 750 | 87,0 | 0,75 | 2,5 | 1,4 | 2,2 | |
0 | 4А180М8У3 | 15,0 | 750 | 87,0 | 0,82 | 2,6 | 1,2 | 2,0 |
4. Исходные данные
Вариант
Исходными данными являются паспортные данные асинхронного двигателя:
Тип двигателя
Номинальное напряжение U1Н = 380 В,
Номинальная мощность двигателя Р2Н =15,0 Вт,
Синхронная частота вращения n1 = 1500 об/мин.
Номинальное значение КПД ηН =88,5 %,
Номинальное значение коэффициента мощности cosφН =0,88
Номинальное скольжение s н =2,3% = 0,023
Кратность пускового момента кП =1,4
Кратность максимального момента кМ =2,3
Частота сети f = 50 Гц,
Сопряжение фаз обмотки статора двигателя - ″звезда″.
Сопряжение фаз блока конденсаторов - ″звезда″
5. Выполнение работы
5.1. Расчет механической характеристики
Номинальная частота вращения, об/мин
nН = n1(1 - sН) =1500(1 – 0,023)= 1535
Номинальная активная потребляемая мощность двигателя, кВт
Р1Н = Р2Н /ηН = 15/885 = 0,01
Номинальная полная потребляемая мощность двигателя, кВА
S1Н = Р2Н /(ηН cosφН) =15/(885*0,88) =
Номинальный ток двигателя, А
I1Н = S1Н 1000 / (
U1Н) =
Номинальный момент на валу, Нм
М2Н = 9550 Р2Н / nН =
Критический момент, Нм
МК = кМ М2Н =
Пусковой момент, Нм
МП = кП М2Н =
Критическое скольжение
sК = sН(кМ + 
) =
Частота вращения при скольжении s определяется по формуле
n = n1 ( 1- s ).
Расчет механической характеристики М = f (s) производится по приближенной формуле Клосса 
.
Характерными точками механической характеристики являются номинальный, критический и пусковой моменты, а также соответствующие им значения скольжения. В связи с погрешностью формулы Клосса при больших значениях скольжения параметры при пусковом режиме принимаются по полученным ранее данным. Результаты расчета механической характеристики с учетом номинального и критического режимов приводятся в таблице 2.2.
Т а б л и ц а 2.2.
Механическая характеристика
s | sН = | sК = | 0,3 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 |
М, Н⋅м |
5.2. Расчет емкости конденсаторов
Емкость блока конденсаторов, мкФ
С = 
=
где tgц = 0,329 при заданном значении cosц =0,95 (угол ц = 18,3 град).
5.3. Показания приборов в номинальном режиме
Вольтметры V1 = V2 = 380 В.
Амперметры A1 = A2 = A3 = А
Ваттметры
W1 = U I cos (цН + 30є) =
W2 = U I cos (цН – 30є) =
Проверка: W1+ W2 = Р1Н – сумма показаний ваттметров равна потребляемой активной мощности.
6. Выводы
Основные результаты исследования приведены в таблице 2.3.
Т а б л и ц а 2.3
Результаты расчета
Параметр | Режим работы | |
номинальный | критический | пусковой |
М, Н⋅м | ||
s | ||
n, об /мин |
Номинальный потребляемый ток двигателя I1Н =
Необходимая емкость блока конденсаторов для компенсации потребляемой реактивной мощности двигателя составляет С = мкФ
Работа 3. Исследование синхронного генератора
1. Цель работы
Теоретическое исследование работы синхронного генератора.
2. Схема исследования
Схема синхронного генератора приведена на рисунке 3.1.
3. Постановка задачи
Определить величину выходного напряжения генератора при сбросе номинальной нагрузки. Величину тока возбуждения принять неизменным, равным току возбуждения при номинальной нагрузке. Нагрузку принять чисто активной. Определить угол нагрузки и.
Номинальная полная мощность генератора SН (кВА) и синхронное индуктивное сопротивление Xd в относительных единицах (о. е.) даны в таблице 3.1.
Паспортное номинальное напряжение на
Рис.3.1 зажимах генератора UН = 230/400 В.
Принять выходное напряжение UН = 400 В.
Определить способ соединения фаз обмотки статора.
Выбор варианта производится по последней цифре шифра.
Т а б л и ц а 3.1
Данные синхронного генератора
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
SН, кВА | 6,25 | 10 | 15 | 25 | 31,5 | 37,5 | 62,5 | 75 | 93,7 | 125 |
Xd, о. е. | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | 2,1 |
4. Исходные данные
Вариант
Мощность SН = кВА, синхронное индуктивное сопротивление Xd = о. е.
Соединение фаз обмотки статора «звезда».
5.Выполнение работы
5.1. Векторная диаграмма
Так как ток возбуждения генератора остался неизменным, то при сбросе нагрузки выходное напряжение в режиме холостого хода будет определяться величиной ЭДС Е, которую имел генератор при работе под нагрузкой. Величина ЭДС определяется согласно
Рис. 3.2. векторной диаграмме.
Векторная диаграмма для чисто активной нагрузки приведена на рис. 3.2.
Выполнение расчета Значения фазного напряжения и способ соединения фаз при напряжении UН = 400 ВПри напряжении UН = 400 В обмотка статора должна быть соединена в звезду, при этом фазное напряжение составит
230 В.
2. Фазный ток обмотки статора при номинальной нагрузке и способе соединения фаз «звезда» при напряжении UН = 400 В
Выходной линейный ток генератора, А
При соединении в звезду обмоток фазный ток равен линейному току и составит
= 
= А.
3. Базисное сопротивление, Ом
4. Синхронное индуктивное сопротивление, Ом
Xd = Xd О. Е.∙ 
=
5. Падение напряжения на синхронном индуктивном сопротивлении, В
∙Xd =
6. ЭДС обмотки статора, В
Согласно векторной диаграмме (рис.3.2) при чисто активной нагрузке
величина ЭДС, В
7. Угол нагрузки и, град
Согласно векторной диаграмме (рис.3.2)
и = arccos(U/E) =
8. Выходное напряжение генератора в режиме холостого хода при номинальном токе возбуждения, В
9. Проверка правильности решения
Из рис.3.2 при чисто активной нагрузке ЭДС в относительных единицах
Величина ЭДС, В
Е = 
∙ЕОЕ =
Проверка выполняется.
Работа 4. Исследование двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения
1. Цель работы
Теоретическое исследование механических характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.
2. Схема исследования
Схема исследования приведена на рисунке 2.1.
Рис.2.1.
3. Постановка задачи
Паспортные данные двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения: номинальное напряжение на зажимах двигателя UН, механическая (полезная) мощность Р2Н, номинальная частота вращения якоря nН, номинальный коэффициент полезного действия ηН, а также сопротивления цепей якоря RЯ и обмотки возбуждения RВ, приведены в таблице 4.1.
Выбор варианта производится по последней цифре шифра.
Требуется сравнить механические характеристики ДПТ при различных способах регулирования частоты вращения.
Т а б л и ц а 4.1
Паспортные данные двигателей постоянного тока
параллельного возбуждения
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
UН, В | 110 | 110 | 110 | 110 | 110 | 220 | 220 | 220 | 220 | 220 |
P2Н, кВт | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,8 |
nН, об/мин | 1500 | 3000 | 1500 | 3000 | 1500 | 3000 | 1500 | 3000 | 1500 | 3000 |
ηН, % | 77,0 | 76,0 | 80,0 | 78,5 | 80,0 | 80,5 | 81,5 | 83,0 | 84,5 | 85,5 |
RЯ, Ом | 1,2 | 1,0 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 1,2 | 1,0 | 0,8 | 0,7 | 0,6 |
RВ, Ом | 120 | 125 | 130 | 135 | 140 | 160 | 175 | 180 | 185 | 190 |
4. Исходные данные
Вариант
Данные двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения
Номинальное напряжение U1Н = В,
Номинальная мощность двигателя Р2Н = кВт,
Частота вращения nН = об/мин.
Номинальное значение КПД ηН = %,
Сопротивления цепи якоря RЯ = Ом
Сопротивление обмотки возбуждения RВ = Ом
5. Выполнение работы
5.1. Расчет номинального режима работы
Потребляемая мощность двигателя, кВт
Р1Н = Р2Н /ηН =
Потребляемый ток двигателя, А
I1Н = Р1Н 1000 / U1Н) =
Ток возбуждения, А
IВН = UН / RВ =
Ток якоря, А
IЯН = IН - IВН =
Номинальный момент на валу, Нм
МН = 9550 Р2Н / nН =
5.2. Расчет механических характеристик
5.2.1. Расчетная формула
Расчет механической характеристики n = f (М) производим по формуле
СЕ - постоянный коэффициент, определяемый числом пар главных полюсов и типом обмотки якоря; Ф - основной магнитный поток машины
СЕ Ф = (UН - IЯНRЯ) / nН =
СМ = СЕ 60 / 2π ≈ 9,55 СЕ
Для построения механических характеристик ДПТ параллельного возбуждения достаточно двух характерных точек механической характеристики, соответствующих режимам: номинальному и х. х.
5.2.3. Естественная характеристика
Естественная характеристика характеризуется условиями:
U = UН, Ф = ФН, RЯДОБ = 0.
Номинальная частота задана, об/мин : nН=
Частота вращения в режиме х. х. (принимаем М=0), об/мин
n0Н= UН/ СЕ Ф =
5.2.4. Искусственные механические характеристики
5.2.4.1. Регулирование частоты вращения понижением напряжения питания на зажимах якоря
Принимаем напряжение, В
U= 0,8UH =
Режим х. х., об/мин
n0=0,8UН/ СЕ Ф = 0,8∙ n0Н =
Режим номинального момента, об/мин
n= 0,8 n0Н – МН RЯ/(9,55∙(СЕ Ф)2) =
5.2.4.2. Регулирование частоты вращения реостатом в цепи якоря
Принимаем сопротивление, Ом
RЯДОБ = 4 RЯ =
Режим х. х., об/мин
n0Н =UН/ СЕ Ф =
Режим номинального момента, об/мин
n= n0Н – МН (RЯДОБ + RЯ)/(9,55∙(СЕ Ф)2) =
5.2.4.3. Регулирование частоты вращения реостатом в цепи возбуждения
Принимаем Ф = 0,9 ФН.
Режим х. х., об/мин
n0=UН/ (СЕ 0,9ФН) = n0Н /0,9=
Режим номинального момента, об/мин
n= n0Н /0,9 – МН RЯ/(9,55∙(0,9∙СЕ Ф)2) =
Выводы
Результаты расчета механических характеристик приведены в таблице.
Таблица 4.2
Частота вращения двигателя, об/мин
Режимы работы | Условия работы | ||
UH, ФН, RЯДОБ=0 | 0,8UH. ФН. RЯДОБ=0 | UH. ФН. RЯДОБ=4RЯ | UH. 0,9ФН. RЯДОБ=0 |
Х. х. М=0 | |||
Нагрузка М=МН |
Вид графиков механических характеристик
Рис. 1. Механические характеристики
- 1 естественная 2 уменьшение напряжения якоря 3 реостат в цепи якоря 4 реостат в цепи возбуждения
Литература:
Вольдек, машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. : учеб. для вузов/, . - СПб.: Питер, 2007.2. Вольдек, машины. Машины переменного тока: учеб. для вузов/, . - СПб.: Питер, 2007.
