Материал: 5445
Четырёхполюсный двигатель ( pд 2) постоянного тока с параллель-
ным возбуждением работает от сети с напряжением U и потребляет ток Iн омд . Число проводников в обмотке якоря Nд , число пар параллельных
ветвей aд , магнитный поток Фд , сопротивление обмотки якоря Rя д , ток обмотки возбуждения Iв д .
Определить ЭДС обмотки якоря ( E ), номинальную частоту вращения ( nд ), номинальный вращающий момент ( M ), КПД двигателя постоянного
тока ( г ).
4. Контрольные вопросы
4.1. Какие части составляют устройство машины постоянного тока?
4.2.Объясните принцип работы машины постоянного тока?
4.3.Объясните принцип работы двигателя постоянного тока?
4.4.Объясните принцип работы генератора постоянного тока?
4.5. Как увеличение мощности потребителей электрической энергии, подключённых к генератору, влияет на затраты механической энергии на вращение якоря генератора?
4.6. Каким образом изменение механической нагрузки сказывается на электрической мощности, потребляемой двигателем?
4.7. Какую роль выполняет противо-ЭДС в двигателе?
Практическое занятие № 12
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ И РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Цель занятия: Изучить принцип действия и определить основные параметры электрической машины переменного тока.
Для представленной ниже схемы электрической машины переменного тока требуется рассчитать основные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Исходные данные представлены в таблице 1.
|
|
|
|
|
Таблица 1 – Исходные данные |
|
|
|
|
||||||
№ |
s |
U л ном |
w1 |
w2 |
Ф |
K01 |
K02 |
f |
Pном |
|
cos ном |
cos хх |
K I |
KM |
|
|
% |
В |
шт. |
шт. |
10-2 |
- |
- |
Гц |
кВт |
% |
о.е. |
о.е. |
- |
- |
- |
|
|
|
|
|
Вб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
380 |
88 |
12 |
1,21 |
0,92 |
0,95 |
50 |
75 |
92,5 |
0,92 |
0,2 |
6 |
1,1 |
1,8 |
2 |
1 |
380 |
80 |
10 |
1,25 |
0,96 |
0,92 |
50 |
80 |
87,6 |
0,90 |
0,15 |
5 |
1,3 |
1,6 |
3 |
2 |
380 |
90 |
20 |
1,36 |
0,80 |
0,86 |
50 |
60 |
92,1 |
0,86 |
0,22 |
8 |
1,5 |
1,2 |
4 |
3 |
380 |
100 |
30 |
1,55 |
0,60 |
0,50 |
50 |
90 |
96,5 |
0,88 |
0,31 |
5 |
1,3 |
1,6 |
5 |
5 |
380 |
66 |
8 |
1,15 |
0,80 |
0,40 |
50 |
50 |
79,5 |
0,79 |
0,15 |
3 |
1,1 |
1,8 |
6 |
6 |
380 |
79 |
10 |
1,22 |
0,89 |
0,91 |
50 |
60 |
89,5 |
0,88 |
0,21 |
7 |
1,1 |
1,9 |
56
1. Электрическая схема практического занятия (см. рисунок 1)
А В С
А
Iл
Uл
V
С2 С1 
С3
М
Рисунок 1 – Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя
2. Теоретические сведения об асинхронных двигателях
Асинхронный двигатель является простейшей машиной из всех электрических машин. Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и основных законов электротехники. Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя представлена на рисунок 1.
Одной из важнейших характеристик двигателя является скольжение: через него выражаются ЭДС и ток ротора, вращающий момент, частота вращения ротора. Скольжение s – это отношение разности между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора машины переменного тока к частоте вращения магнитного поля (в процентах):
s |
n1 n2 |
100% , |
|
||
|
n1 |
|
где n1 – частота вращения магнитного поля, об/мин; n2 – частота враще-
ния ротора, об/мин.
Критическое скольжение – это скольжение, при котором асинхронная
машина |
развивает |
максимальный |
вращающий |
момент |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
sкр sн ом |
2 |
1 , где |
М макс / М ном – коэффициент, определяющий |
||||
|
|
||||||
перегрузочную способность двигателя; sном |
– скольжение при номиналь- |
||||||
ной нагрузке. |
|
|
|
|
|
|
|
57
|
Частота |
вращения |
магнитного |
|
поля |
|
асинхронной |
|
машины |
||||||||||||||
n1 |
60 f1 / p , где |
f1 – частота тока питающей сети, Гц; |
p – число пар по- |
||||||||||||||||||||
люсов обмотки машины. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Частота вращения ротора |
|
n2 n1 1 |
s . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Действующее значение эдс, наводимой в каждой фазе обмотки статора |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
4,44 f1w1Фm K01 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где w1 |
– число витков одной фазы статора; Фm – максимальное значение |
||||||||||||||||||||||
магнитного потока вращающегося магнитного поля, Вб; K01 – обмоточный |
|||||||||||||||||||||||
коэффициент статора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Действующее значение эдс обмотки неподвижного ротора |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
E2 |
|
|
4,44 f2 w2Фm K02 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
где |
f 1 |
f2 – частота эдс, наводимой в проводниках ротора, Гц; |
w2 |
– число |
|||||||||||||||||||
витков одной фазы ротора; K02 |
|
– обмоточный коэффициент ротора. |
|||||||||||||||||||||
|
Действующее |
значение |
|
|
ЭДС |
обмотки |
вращающегося |
ротора |
|||||||||||||||
E2s |
E2s , где E2 |
– ЭДС неподвижного ротора, В. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Коэффициент трансформации асинхронного двигателя |
n |
E1 / E2 . |
||||||||||||||||||||
|
Вращающий момент на валу асинхронного двигателя |
M 9,55P2 / n2 . |
|||||||||||||||||||||
|
Кратность |
пускового |
тока |
|
KI Iп / Iном , |
|
где |
I п |
– |
пусковой ток |
|||||||||||||
двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Кратность пускового момента Kм |
М п / Мном , где М п |
– пусковой мо- |
||||||||||||||||||||
мент двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Перегрузочная способность двигателя |
|
|
М макс / М ном. |
|
|
|||||||||||||||||
|
Активная мощность, потребляемая двигателем из сети |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
P |
3U |
1ф |
I |
1ф |
cos |
|
3U |
I |
1 |
cos |
, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где U1ф – фазное значение напряжения, В; |
I1ф – фазное значение тока, А; |
||||||||||||||||||||||
U1 |
– линейное значение напряжения, В; I1 |
– линейное значение тока, А; |
|||||||||||||||||||||
cos 
– угол сдвига фаз между током и напряжением (коэффициент мощности).
Коэффициент полезного действия (кпд) электрической машины
P / P .
2 1
Электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путём из статора в ротор Pэм М 1 , М – вращающий момент, Н∙м; 1 – угловая
синхронная скорость вращающегося магнитного поля, рад/с.
58
Потери мощности двигателя |
P |
P |
|
P . |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
ном |
|
|
|
|
|
|
Потери мощности в статоре при номинальной мощности P |
P |
P . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
1 |
эм |
Потери мощности в роторе |
Pр |
Р |
Pс . |
|
|
|
|
|
||
Общее сопротивление фазы |
Zф |
Uф / Iф . |
|
|
|
|
|
|||
Активное сопротивление фазы Rф Zф cos . |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Индуктивное сопротивление фазы |
X |
ф |
|
Z 2 |
R2 . |
|
|
|||
|
|
|
|
|
ф |
ф |
|
|
||
3. Задания
3.1. Изучить принцип действия и найти ЭДС, индуцируемую в фазе обмоток статора и ротора, асинхронного короткозамкнутого двигателя при неподвижном и вращающемся роторе, коэффициент трансформации и процентное значение ЭДС от подводимого напряжения обмотки статора, если известны следующие паспортные данные двигателя: скольжение s , обмотка статора соединена в звезду и подключена к сети переменного тока с линейным напряжением U л ном , число витков в каждой фазе статора w1 , ро-
тора w2 , магнитный поток Ф , обмоточный коэффициент статора K01 , ротора K02 , частота тока f .
3.2. Изучить принцип действия и определить параметры трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который имеет следующие технические характеристики: номинальная мощность на валу Рном , номинальное напряжение сети U л ном , номинальное скольжение
s , коэффициент полезного действия , коэффициент мощности при номинальной нагрузке cos ном , при холостом ходе cos хх , кратность пускового тока K I , кратность пускового момента KM , перегрузочная
способность двигателя .
Определить номинальный, максимальный и пусковой вращающие моменты, фазный, линейный и пусковой токи при номинальной нагрузке, ток холостого хода, потери энергии в роторе, общее, активное и индуктивное сопротивление фазы при номинальной нагрузке, частоту вращения ротора при максимальной нагрузке.
4. Контрольные вопросы
4.1. Какие части составляют устройство электрической машины переменного тока?
4.2. Как устроена обмотка статора электрической машины переменного тока?
4.3. Объясните принцип действия асинхронного двигателя? 4.4. Что такое скольжение в асинхронном двигателе?
59
4.5. Как устроена обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя?
4.6.Как устроена обмотка фазного ротора асинхронного двигателя?
4.7.Как образуется вращающееся магнитное поле на примере двухфазного синусоидального тока и двух катушек?
Практическое занятие № 13
ИЗУЧЕНИЕ И РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА
Цель занятия: Расчёт основных характеристик и определение параметров полупроводникового диода.
Для представленной ниже схемы однополупериодного выпрямителя, собранного на полупроводниковом диоде (рисунок 1, а), дана вольтамперная характеристика (ВАХ) электрической цепи, приведенная на рисунок 1, б. Требуется определить средние значения выпрямленных тока I0 и
напряжения U0 , мощность P , выделяемую на нагрузочном резисторе Rн , обусловленную выпрямленным током I0 . Начертить ВАХ, волновые диа-
граммы тока и напряжения исследуемого диода. Нелинейностью характеристики пренебречь. Исходные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
Вариант |
Rпр |
Rобр |
Rн |
U |
|
Ом |
Ом |
Ом |
В |
1 |
5 |
1000 |
400 |
220 |
2 |
2 |
5000 |
600 |
380 |
3 |
0,5 |
15000 |
1000 |
500 |
4 |
4 |
9000 |
200 |
400 |
5 |
2 |
800 |
90 |
120 |
6 |
8 |
10000 |
600 |
380 |
1. Электрическая схема практического занятия (см. рисунок 1)
60