Курсовая работа: Расчет трансформатора и электрических машин

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет путей сообщения" (ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра "Электрические машины и общая электротехника"

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине "Электрические машины"

Студент гр. 23 А: К.А. Розентальс

Руководитель - доцент кафедры ЭМОЭ

Д.А. Ахунов

мск 2016

Задание

студенту гр. 23 А Розентальс К.А.

на курсовую работу по теме: "Расчет трансформатора и электрических машин"

В данной курсовой работе необходимо выполнить следующие задания:

1. Рассчитать трехфазный трансформатор.

2. Произвести выбор и расчет асинхронного двигателя в системе электропривода.

3. Рассчитать двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.

Вариант для выполнения заданий - 93.

Для выполнения заданий №1 и №3 необходимо воспользоваться методическим указанием с шифром 25/28. Исходные данные и пункты задания, подлежащие выполнению, выбираются из таблиц, приведенные в соответствующих заданиях.

Для выполнения задания №2 необходимо воспользоваться методическим указанием с шифром 25/52. Задание выбирается по первой и второй цифре варианта.

Курсовая работа выполняется согласно календарному плану.

Перечень графического материала (выполняется с использованием специализированного программного обеспечения или на листах миллиметровки формата А 4 с соблюдением соответствующих стандартов):

задание №1 - схема соединения обмоток трехфазного трансформатора, остальной материал согласно заданиям по варианту;

задание №2 - нагрузочная диаграмма, диаграмма потерь и кривые нагрева, механические характеристики, пусковая диаграмма, принципиальные схему управлением пуском асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, принципиальная схема управления реверсом асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

задание №3 - схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, остальной материал согласно заданиям по варианту.

Срок выдачи задания 20.02.2016.

Доцент каф. ЭМОЭ Д.А. Ахунов

Реферат

УДК 621.311: 621.314.632:621.331

Курсовая работа содержит 28 страниц, 10 рисунков, 10 таблиц, 6 источников.

Трехфазный трансформатор, асинхронный двигатель, двигатель постоянного тока, параметры, график внешней характеристики, нагрев, перегрузка, тепловое состояние АД, механические характеристики, электрические потери, КПД, частота вращения.

Даны исходные характеристики трехфазного трансформатора, асинхронного двигателя (по расчету был произведен выбор конкретной модели двигателя), двигателя постоянного тока.

Цель работы - на основании исходных данных рассчитать параметры и получить характеристики данных объектов исследования. В работе были использованы как аналитические методы исследования, так и графические.

Содержание

• Введение
• 1. Расчет трехфазного трансформатора
• 2. Расчет асинхронного двигателя в системе электропривода
• 2.1 Расчет эквивалентной мощности и выбор асинхронного двигателя
• 2.2 Проверка выбранного двигателя по нагреву
• 2.3 Проверка выбранного двигателя на перегрузку при снижении напряжения
• 2.4 Расчет теплового состояния асинхронного двигателя
• 2.5 Расчет механических характеристик двигателя
• 2.6 Расчет резисторов пускового реостата
• 2.7 Расчет потерь при пуске
• 3. Расчет двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
• Заключение
• Библиографический список
• Приложение

Введение

Электрическая машина - это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно-связанные обмотки и предназначенное для преобразования на основе явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока той же частоты.

Асинхронным двигателем (АД) называется ротор, который отстает от вращающегося магнитного поля машины. АД широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости. Эти двигатели разделяются на АД с короткозамкнутым ротором и АД с фазным ротором.

Электрические машины постоянного тока (МПТ) могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости. В режиме генератора они преобразуют механическую энергию, подводимую к их валу от внешнего двигателя, в электрическую энергию постоянного напряжения, а в режиме двигателя осуществляют обратное преобразование: электрическую энергию постоянного тока преобразуют в механическую энергию, снимаемую с их вала.

1. Расчет трехфазного трансформатора

Трехфазный двухобмоточный трансформатор характеризуется следующими величинами:

- номинальной мощностью S=100 кВ·А

- высшим линейным напряжением U_В.Н.=6,3 кВ;

- низшим линейным напряжением U_Н.Н.=0,525 кВ;

- сопротивлениями к.з. r_k=9.5 Ом и x_k =19,65 Ом;

- параметрами х.х. r_m=562 Ом и x_m =5918 Ом;

Схема соединения - Y/Y;

Пункты задания для выполнения:1, 8, 17.

1) Начертить схему трансформатора:

Рисунок 1.1 - Схема трехфазного трансформатора

2) Построить Т-образную схему замещения трансформатора и определить ее параметры.

Рисунок 1.2 - Т-образная схема замещения трансформатора

Полагая, что

и ,

получим:

(1.1)

(1.2)

Ом

r_m=562 Ом - дано в условии задачи

x_m=5918 Ом - дано в условии задачи

3) Начертить в общей системе координат осей графики зависимостей напряжения U₂ на зажимах вторичной обмотки и коэффициента полезного действия з от коэффициента нагрузки в. Вычисления произвести для в=0,25; 0,50; 0,75; 1,0 при cos ц=0,8 (ц>0 и ц<0).

Рассчитаем вспомогательные параметры:

Фазное (номинальное) напряжение первичной обмотки:

(1.3)

В

Номинальный ток первичной обмотки:

(1.4)

А

Фазное (номинальное) напряжение вторичной обмотки:

(1.5)

В

Составляющие напряжения короткого замыкания:

- активная,

- реактивная.

(1.6)

%

(1.7)

%

Напряжение на вторичных зажимах описывается внешней характеристикой трансформатора. Вычисление проводится по формуле:

, (1.8)

где - ЭДС вторичной обмотки.

Номинальное падение напряжения рассчитывается по следующей формуле:

(1.9)

При этом принимается, что в номинальном режиме коэффициент нагрузки , сдвиг фазы во вторичной цепи положителен, причем .

Номинальное падение напряжения

%

ЭДС вторичной обмотки:

В

Рассчитаем вторичное напряжение для случая () :

%

Для остальных случаев результаты расчета сведем в таблицу.

Таблица 1.1 - Зависимость изменения напряжения вторичной обмотки от нагрузки.

Для расчета напряжения вторичной обмотки используем формулу:

(1.10)

Учитывая, что вторичные обмотки соединены звездой, получим:

(т.к. у трансформатора измеряется напряжение между фазами).

Таблица 1.2 - Зависимость выходного (линейного) напряжения трансформатора от нагрузки.

КПД трансформатора рассчитывается по формуле:

(1.11)

Ток холостого хода без особой погрешности можно вычислить, пренебрегая сопротивлением обмотки и учитывая только сопротивление ветви намагничивания (т.к. эти сопротивления в десятки раз отличаются):

(1.12)

А

Мощность потерь холостого хода в одной обмотке:

(1.13)

Вт

Потери в трех фазных обмотках будут втрое больше:

(1.14)

Вт

Мощность потерь короткого замыкания в одной обмотке:

(1.15)

Потери в трех фазных обмотках будут втрое больше:

Вт

Рассчитаем КПД трансформатора для случая () :

Как видим, КПД трансформатора достаточно высок.

Поскольку - функция четная, то имеет смысл вычислять КПД только для одного характера нагрузки (индуктивного либо емкостного).

Для остальных случаев результат расчета КПД сведем в таблицу:

Таблица 1.3 - Зависимость КПД трансформатора от нагрузки.

Рисунок 1.3 - Зависимость напряжения на выходе и КПД от коэффициента нагрузки.

2. Расчет асинхронного двигателя в системе электропривода

Задание:

По заданной нагрузочной диаграмме электропривода определить эквивалентную мощность и выбрать асинхронный двигатель с фазным ротором. Произвести проверку заданного двигателя на нагрев по методу средних потерь, а также проверку на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети. Произвести расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме.

Определить сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построить естественную и реостатную механические характеристики выбранного двигателя.

Рассчитать сопротивления секций пускового реостата и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске.

Начертить и изучить схемы управления пуском и реверсом асинхронных двигателей.

Таблица 2.1 - Нагрузка двигателя по интервалам времени.

Синхронная частота вращения двигателя об/мин.

Заданное снижение частоты вращения при номинальном моменте нагрузки

Предполагается, что на холостом ходу в пятом интервале времени двигатель включен в сеть и работает.

Нагрузочная диаграмма двигателя строится по данным таблицы. Она показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Нагрузочная диаграмма асинхронного двигателя.

2.1 Расчет эквивалентной мощности и выбор асинхронного двигателя

Рассчитаем эквивалентную мощность двигателя:

(2.1)

Вт

По справочнику выбираем двигатель 4АК 160М 6У 3, имеющий следующие параметры:

- синхронная частота вращения 1000 об/мин;

- номинальная мощность P_H=10 кВт;

- номинальное скольжение S_H=4,5%;

- КПД в номинальном режиме %;

- кратность максимального момента

;

- рабочее напряжение ротора В;

- рабочий ток ротора A;

- постоянная времени нагрева T_H=24 мин;

- суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя кг·м ²

Характеристика двигателя: число пар полюсов 6, высота оси вращения 160 мм, двигатель серии 4А с фазным ротором, климатическое исполнение У 3.

2.2 Проверка выбранного двигателя по нагреву

Рассчитаем потери в номинальном режиме:

(2.2)

кВт

Потери холостого хода:

(2.3)

кВт

Потери в обмотках при номинальной нагрузке

(2.4)

кВт

Коэффициенты нагрузки по ступеням графика:

(2.5)

Потери на каждой ступени графика

(2.6)

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

Средние потери за цикл:

(2.7)

кВт