Електричні машини

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УкраЇнИ

Національний технічний університет «ХПІ»

 

 

Електричні машини

 

Збірник домашніх завдань та зразки тестових завдань

для студентів денної форми навчання

ЕМ – кафедра електричний машин

Спеціальність 6.050702 – Електротехніка. Електричні машини

 

 

Харків 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

Національний технічний університет «ХПІ»

 

 

ЕлектричНІ машинИ

 

НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

 

Збірник домашніх завдань і зразки тестових завдань

для студентів денної форми навчання

ЕМ – кафедра електричний машин

Спеціальність 6.050702 – Електротехніка. Електричні машини

 

 

заТВЕРЖЕНО Методичною радою НТУ «ХПІ»,   протокол № __ від _____.2011 р.

Харків - 2011 р.

УДК 630.310

 

Електричні машини.Навчальний посібник. Збірникдомашніх завдань і зразки тестових завдань для студентів денної форми навчання спец. 6.050702 – Електротехніка. Електричні машини. / Упорядник: доц. Шевченко В.В. – Харків, НТУ «ХПІ», 2011. – 52 с.

 

Приведена збірка домашніх завдань по курсу “Електричні машини”, в який наведені завдання по розділам, які вивчаються студентами протягом всього строку навчання, приведені зразки контрольних тестів по розділам, дані методичні вказівки на допомогу вивчення кожної теми. Надається перелік літературних джерел для допомоги вивчення курсу.

 

Відповідальний випусковий: док. техн. наук, проф. В.І.Мілих

 

Рецензент: канд. техн. наук, доц. Юр'їва О.Ю.

 

 

Зміст

Структура і правила оформлення звіту по самостійній роботі

1.1. Загальні положення

1.2. Література

1.3. Перелік вмінь та навичок, які мають бути сформовані у студентів

в процесі вивчення даної дисципліни

1.4. Зміст дисципліни

Зміст завдань

Завдання № 1. Трансформатори.

2.2. Завдання № 2. Загальні питання теорії машин змінного струму

2.3. Завдання № 3. Асинхронні машини ( АМ )

2.4. Завдання № 4. Синхронні машини (СМ)

2.5. Завдання № 5. Машини постійного струму (МПС)

3. Зразки тестів для самопідготовки (по блокам формування)

розділ 1. « трансформатори »

Розділ 2. «Загальні питання теорії машин змінного струму (МЗС)».

Розділ 3. «Асинхронні машини»

Розділ 4. «Синхронні машини»

Розділ 5. «Машини постійного струму. ( МПС)»

Додаток. Приклад оформлення титульного листа збірки домашніх завдань.

 

Структура і правила оформлення звіту по самостійній роботі

Загальні положення

Звіт включає завдання по 5 розділам: № 1. Трансформатори № 2. Загальні питання теорії машин змінного струму

Перелік вмінь та навичок, які мають бути сформовані

У студентів в процесі вивчення даної дисципліни

 

Студент повинен знати типи, конструкції, принципи дії, характеристики, особливості пуску, регулювання частоти обертання та гальмування ЕМ; вміти аргументовано вибрати потужність, тип трансформатора (Т) і ЕМ. Студент по зовнішньому вигляду повинен вміти встановити тип електрообладнання, пояснити, чому для приводу і живлення конкретної установки використали саме цю ЕМ або Т. Студент повинен вміти продіагностувати якість роботи ЕМ і Т, зробити технічну оцінку їх праці, запропонувати, в разі необхідності, засоби ремонту. Студент має знати основні збірні елементи, основи технологічного процесу збірки і випробовування ЕМ і Т-рів, основні характеристики ЕМ і Т-рів, вміти оцінити нові серії електрообладнання.

Студент повинен при виборі ЕМ та Т-рів для конкретного промислового підприємства вміти зараховувати не тільки технічні, але і економічні вимоги, знаходити найкраще рішення з угодою всіх міркувань.

Зміст дисципліни

Лекційні заняття, їх зміст та обсяг, обсяг самостійної роботи (включає до себе вивчення навчальної літератури, проробку конспектів лекцій і методичних розробок по темам, підготовку до контрольних заходів). В таблиці 1 приведено розділи робочої програми по дисципліні „Електричні машини”.

Таблиця 1.

№ тем	Зміст	Обсяг роботи (год.)
аудиторна	самостійна
	Вступ. Історична довідка. Роль і значення ЕМ і Т в сучасній електроенергетиці. ЕМ як електромеханічний перетворювач енергії. Класифікація ЕМ і Т.	0,5	-
1.	Трансформатори (Т)
1.1.	Призначення і області використання, принцип дії Т. Конструкція та призначення складових елементів Т, матеріали сердечників, провідників, ізоляційні матеріали.	2,0	1,0
1.2.	Основні рівняння Т. Приведений Т. Схеми заміщення приведеного Т.	2,0	1,0
1.3.	Дослід х.х. Т: експериментальна схема, призначення досліду, характеристики, схема заміщення, векторна діаграма.	2,0	0,5
1.4.	Лабораторний дослід к.з.: експериментальна схема, призначення досліду, характеристики, схема заміщення, векторна діаграма.	2,0	0,5
1.5.	Номінальний режим роботи Т: експериментальна схема, характеристики, схема заміщення, векторна діаграма. Розрахунок номінальних параметрів Т по даним дослідів х.х. і лабораторного к.з. Зовнішня характеристика Т. Втрати та ККД Т.	2,0	0,5
1.6.	Трифазний Т. Конструкції сердечників, схеми та групи з¢єднання обмоток. Вимоги до паралельного включення трифазних потужних Т в єдину мережу.	1,0	0,5
1.7.	Перехідні процеси в Т. Перенапруження в Т та захист їх від перенапруження.	1,0	1,0
1.8.	Спеціальні Т: трьох-обмоточні, зварювальні, пічні, автотрансформатори та інш.	1,0	1,0
2.	Загальні питання теорії машин змінного струму
2.1.	Класифікація, конструкції і принцип дії машин змінного струму. Призначення основних конструктивних елементів.	1,0	1,0
2.2.	ЕДС і МДС обмоток статора машин змінного струму. Створення електромагнітних полів системами змінних синусоїдальних струмів.	2,0	1,0
2.3.	Формування кількості полюсів статора в машинах змінного струму. Зв’язок між кількістю полюсів та частотою обертання поля, створеного струмом в обмотці статора.	2,0	1,0
2.4.	Створення високочастотних гармонік струму і напруги в обмотці статору машини змінного струму. Засоби боротьби з цими гармоніками. Обмоточний коефіцієнт, його вплив на величину ЕДС.	1,5	1,0
3.	Асинхронні машини (АМ)
3.1.	Серії АМ. Режими роботи АМ. Особливості конструкції роторів, технологія виготовлення короткозамкненого ротора. Області використання АМ.	1,0	1,0
3.2.	Основні рівняння АМ. Принцип дії в режимі двигуна. Ковзання в АМ, область призначення.	1,0	1,0

Продовження таблиці 1.

№ тем	Зміст	Обсяг роботи (год.)
3.3.	Приведення параметрів обмоток ротора до параметрів обмоток статора. Схема заміщення і векторні діаграми АМ	1,0	1,0
3.4.	Втрати і ККД, енергетична діаграма асинхронного двигуна (АД). Робочі характеристики АД.	1,0	1,0
3.5.	Електромагнітний момент та механічна характеристика АД. Проблеми пуску та регулювання частоти обертання АД. Вплив конструкції ротора на засоби поліпшення пускових характеристик АД.	1,0	1,0
3.6.	Генераторний режим АМ. Використання асинхронних генераторів для вітроенергетичних установок.	1,0	1,0
3.7.	Особливості пуску та експлуатації однофазних АД. Засоби пуску та поліпшення робочих характеристик однофазних АД.	1,0	1,0
3.8.	АМ спеціального призначення: індукційні регулятори, фазорегулятори, сельсини, виконавчі двигуни, лінійні АД та інш.	0,5	1,0
4.	Синхронні машини (СМ)
4.1.	Типи СМ, конструкції роторів, схеми збудження СМ, режими роботи.	1,0	1,0
4.2.	Магнітні поля в СМ. Реакція якоря в СМ. Вплив характеру навантаження на реакцію якоря синхронного генератора (СГ). Метод двох реакцій Блонделя, осі q і d , індуктивні опори xq і xd. Векторна діаграма СГ з заліком характеру навантаження. Кут навантаження (вилиту) СГ.	2,0	1,0
4.3.	Кутові, U - подібні та робочі характеристики СГ з урахуванням характеру навантаження.	2,0	1,0
4.4.	Вимоги до включення СГ на паралельну роботу з електромережею. Синхроноскопи. Коливання СГ. Засоби для заспокоювання коливань СГ, демпферна обмотка.	2,0	1,5
4.5.	Втрати і ККД СГ.	2,0	1,0
4.6.	Синхронний двигун (СД) і синхронний компенсатор (СК). Особливості конструкцій, призначення, режими використання. Робочі, кутові та U - подібні характеристики СД і СК.	2,0	0,5
4.7.	Проблеми та засоби пуску СД. Регулювання їх частоти обертання. Реверс СД. Перехід СМ із генераторного режиму в режим двигуна.	2,0	0,5
4.8.	СМ спеціального призначення: індукторні СМ, СМ з кігтеподібним ротором, гістерезисні і шагові СД та інш.	2,0	0,5
5.	Колекторні машини постійного струму (МПС)
5.1.	Області використання, достоїнства і недоліки МПС. Конструкція і принцип дії МПС. Призначення конструктивних елементів МПС.	0,5	0,5
5.2.	Основні поняття про якірні обмотки МПС, типи, принцип вибору. Урівнювальні з¢єднання.	0,5	0,5
5.3.	ЕДС та МДС в МПС, електромагнітний момент і потужність. Втрати і ККД. Магнітні поля в МПС. Реакція якорю, її дія на роботу машини, засоби боротьби з РЯ. Схеми включення обмоток додаткових полюсів та компенсаційної обмотки	1,0	1,0
5.4.	Комутація в МПС. Поняття, засоби поліпшення комутації. Причини і засоби боротьби з іскрінням на колекторі МПС.	1,0	0,5
5.5.	Схеми включення обмоток збудження (ОЗ) в МПС.	0,5	0,5
5.6.	Генератори постійного струму (ГПС). Схеми ОЗ, основні рівняння. Робочі характеристики ГПС з урахуванням схем включення ОЗ.	1,0	0,5
5.7.	Двигуни постійного струму (ДПС). Схеми включення ОЗ, основні рівняння. Робочі характеристики, проблеми пуску, реверс, регулювання частоти обертання ДПС з урахуванням схем включення обмоток збудження.	1,0	0,5

Зміст завдань

2.1. Завдання № 1

Трансформатори

2) Намалювати ескіз трифазного двухобмоточного Т з масляним охолоджуванням, позначити всі елементи, описати їх призначення. 3) Намалювати ескізи можливих конструкцій сердечників і котушок силових Т… 4) Перерахуйте умови включення трифазних ТТ на паралельну роботу. Проаналізуйте, що буде, якщо не виконується кожна з…

Методичні вказівки для виконання задачі 1.

1) Визначити потік у сердечнику Т (врахувати схему з'єднання обмоток Т) , Вб, де f1=50 Гц. 2) Визначити індукцію магнітного поля в стрижнях і ярмах Т (Вс і Вя, Тл )

Таблиця 1. Дані трифазних трансформаторів

Zк = Z1+Z2¢ ; rк= r1+r2¢ ; хк= х1+х2¢ . x1= х2¢; r1= r2¢=; z1= z2¢=. хm= х0 - х1 ; rm= r0 - r1; zm= z0 - z1. Проставте отримані чисельні значення на схемах заміщення.

Завдання № 2

Побудуйте схему трифазної обмотки статора машини змінного струму, дані для якої візьміть з таблиці 2. Варіант завдання вибираємо по двох останнім… Для всіх варіантів: обмотка статора трифазна, двошарова, пітльова, з цілим… 1) Побудуйте схему трифазної обмотки.

Методичні вказівки

2) На листі міліметрівки проставити, згідно з завданням, номери пазів з інтервалом в 1,0 – 1,5 см. Розмітьте полюсні ділення в зубцях статора… 3) Вибрати три кольори, наприклад, для фази А – синій, для фази В – чорний,… 4) Розрахувати кроки обмотки статору, спочатку – без скорочення, а потім – зі скороченням, тобто з урахуванням b. На…

Е1 = 4,44*Ф*f1*w1*Kоб.1, В

8) Розрахуйте ЕДС для 1-ї, 5-ї та 7-ї гармонік з урахуванням обмотувального коефіцієнту. Зробить вивід о том, як скорочення та розподіл обмотки впливає на величину ЕДС першої (основної) гармоніки, а також 5-ї і 7-ї? Тобто, як зменшується значення ЕДС Е₁, Е₅ і Е_7. Проаналізуйте отримані результати.

9) Побудуйте криву розподілу МДС, визначте середню лінію, побудуйте графік першої (робочої) гармоніки. Впевнитесь, що ця крива – синусоїда.

 

Завдання № 3

Асинхронні машини ( АМ ) 1. По даним таблиці 3 побудуйте енергетичну діаграму трифазного асинхронного… 2. Опишіть всі втрати енергії в двигуні. (Прийняти механічні втрати, з урахуванням вентиляційних, рівними 3 %, втрати…

Методичні вказівки

Skp ≈ Ммах = Розрахуємо пускові значення струму і моменту при прямому пуску. Для цього задайте значення ковзання при s=1.

Завдання № 4

1) Пояснить призначення синхронних генераторів (СГ). Пояснить в яких режимах може використовуватися СГ, пояснить як перейти із режиму СГ в режим… Намалюйте ескізи явно- і неявнополюсного роторів. Опишіть їх конструкцію,… 2) Побудуйте кутову характеристику трифазного явнополюсного СГ за даними, приведеними в таблиці № 4.

Таблиця № 4. Дані для трифазного СГ

Методичні вказівки

Кутова характеристика СГ для явнополюсного і для неявнополюсного генераторів розрізняється тому, що у генераторів з явнополюсними роторами Хq… Тому не важливо будувати кутову характеристику як залежність МЕМ= f(θ)… РЕМ =

Завдання № 5

1) Для 4-х полюсного двигуна постійного струму (ДПС) з паралельною обмоткою збудження і з хвильовою обмоткою на якорі розрахувати магнітний ланцюг,… Двигун виконано без стабілізуючої і компенсаційної обмоток. Виконання по… Матеріал ділянок магнітного ланцюга:

Розрахунок геометрії зубцевої зони.

1) Перетин напівзакритого паза (за вирахуванням перетину пазової ізоляції і пазового клину), при заздалегідь прийнятому коефіцієнті заповнення Попереднє значення висоти паза вибираємо по рис. 8.

Розрахунок кроків обмотки якоря.

4.1. Хвильова обмотка: 1) Крок по колектору і результуючий крок уК = у = (К+1)/р 2) перший частковий крок

Індукції в розрахункових перетинах магнітного ланцюга

Bdн=Фd/Sd, Тл (Вmax d £1,0 Тл) 2) Індукція в перетині прямокутних зубців якоря В zj = Фн /Szj,

Магніторушуча сила (МРС) для окремих ділянок магнітного ланцюга

, де L d = dр, мм. 2) Магнітна напруга зубців якоря.

Додаток 1

ЗРАЗКИ ТЕСТІВ ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ

  РОЗДІЛ « трансформаторИ» Питання Варіанти можливих… Продовження таблиці Питання Варіанти можливих відповідей 17. Що таке дослід холостого ходу…

РОЗДІЛ «ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ ТЕОРІЇ МАШИН ЗМІННОГО СТРУМУ(МЗС).

Продовження таблиці Питання Варіанти можливих відповідей 12. Перевантажувальна здатність АД– це: 1. відношення… Продовження таблиці Питання Варіанти можливих відповідей … Продовження таблиці Питання Варіанти можливих відповідей 44. Для поліпшення пускових…

Додаток 2

Додаток 3

В = f (Н). Літа сталь, товсті листи (Ст 3), поковки.

В, Тл		0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
Н, А/м
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2									І 520
1,3
1,4
1,5
1,6

Додаток 4

Крива намагнічування для полюсів. Сталь 3411

Додаток 5

Залежність лінійного навантаження (А, А/м) та

Струмового навантаження (Аj, А2/м3) від діаметра якоря

 

Додаток 6

Таблиця П6.1.Діаметри і площі поперечного перетину круглих мідних емальованих проводів марок ПЕТВ і ПЕТ-155

Обмоточні проводи, стрічки і шини

  Примітки: 1. Дроти, розміри яких вказані в дужках, слід застосовувати тільки в… 2. Середнє значення діаметру ізольованого дроту обчислене з урахуванням розрахункової середньої двосторонньої товщини…

Додаток 7

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УкраЇнИ

Національний технічний університет «ХПІ»

Кафедра електричних машин

 

Збірник домашніх розрахункових завдань

По курсу

Електричні машини

студента 3 курсу групи ____________________________

____________________________________________________

(прізвище, ім’я, по – батькові студента)

№№ розділів	Назва розділу	Дата виконання, підпис викладача
	Трансформатори
	Загальні питання теорії машин змінного струму
	Асинхронні машини
	Синхронні машини
	Машини постійного струму

 

 

Харків 20_____ р.

Навчальне видання

 

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ

 

Збірник домашніх завдань для студентів денної форми навчання факультету електромашинобудування спец. 6.050702 – Електротехніка. Електричні машини.

 

 

Кафедра електричних машин

 

Упорядник: доц. Шевченко В.В.

 

Формат 60х84. Умовно-друк. арк. 1,2. Тираж 100 екз.

_____________________________________________________

ã НТУ «ХПІ»

_____________________________________________________

 

61002, г. Харків, вул. Фрунзе,21