2 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Вариант 1 Задание 1. Назначение и область применения трансформаторов. Принцип действия. Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. В общем случае вторичная система переменного тока может отличаться любыми параметрами: величиной напряжения и тока, числом фаз, формой кривой напряжения (тока), частотой. Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют величину переменного напряжения и тока. При этом число фаз, форма кривой напряжения (тока) и частота остаются неизменными. Простейший силовой трансформатор состоит из магнитопровода (сердечника, выполненного из ферромагнитного материала (обычно листовая электротехническая сталь), и двух обмоток, расположенных на стержнях магнитопровода (рис. 1). Рис. 1. Конструктивная (а) и принципиальная (б) схемы однофазного двухобмоточного трансформатора. 3 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Одна из обмоток присоединена к источнику переменного тока Г на напряжение U1, эту обмотку называют первичной. К другой обмотке подключен потребитель ZH, ее называют вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками (первичной и вторичной) и индук-тирует в них ЭДС: (1) (1) где w1 и w1—число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора. При подключении нагрузки ZН к выводам вторичной обмотки трансформатора под действием ЭДС е1 в цепи этой обмотки создается ток i1 , а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U1. В повышающих трансформаторах U1 > U1, а в понижающих U1 < U1. Из (1) и (1) следует, что ЭДС e1 и e1 отличаются друг от друга числом витков обмоток, в которых они наводятся. Поэтому, применяя обмотки с тре-уемым соотношением витков, можно изготовить трансформатор на любое отношение напряжений. Трансформаторы обладают 4 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Задание1. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Рассматривается двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением. В двигателе обмотка возбуждения подключена к сети параллельно с обмоткой якоря (до пускового реостата Rп ) Для регулирования частоты вращения двигателя в цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрег Пуск двигателя осуществляется при введенном пусковом и выведенном регулировочном реостатах. Рабочие характеристики представляют собой зависимости потребляемой мощности Р1 потребляемого тока I, скорости n, момента М и к. п. д. η] от полезной мощности Р1, при постоянном напряжении питания двигателя U = const и неизменных положениях регулирующих реостатов. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения малой мощности при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря представлены на рис.1. Рис.1. Рабочие UН = 111 в, характеристики двигателя параллельного возбуждения РН = 11 квт, nН = 951 об/мин Одновременно с увеличением мощности на валу Р1 растет и момент на валу М. Поскольку с увеличением Р1 и М скорость n несколько уменьшается, то М = Р1/п растет несколько быстрее Р1. Увеличение Р1 и М, естественно, сопровождается увеличением тока двигателя I. Пропорционально I растет также 5 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) начинает уменьшаться. Задание 3. Генератор постоянного тока независимого возбуждения. Работа генераторов характеризуется четырьмя основными величинами: током возбуждения iв; напряжением на зажимах генератора U; током якоря Iя; частотой вращения n. Обычно n неизменна, так как она задается первичным двигателем: турбиной, дизелем и т.п. ЭДС, вырабатываемая генератором, E = Сe·n·Ф, где Сe – конструктивная постоянная машины; n – частота вращения якоря, об / мин; Ф – магнитный поток. Уравнение электрического равновесия генератора: E=U+IяRя, где I я – ток якоря; Rя – сопротивление якорной обмотки. 1. Характеристика холостого хода E = f(iв), Ia= 1, n = const. E = f(Ф), а Ф = f(iв), следовательно, при n = const имеем E f(iв). 6 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Рис.3. Схема генератора с независимым возбуждением При токе возбуждения iв = 1 в сердечнике полюсов имеется наличие остаточного магнитного потока Фост, и поэтому в обмотке якоря наводится Еост (рис.4). Полученную зависимость также называют характеристикой магнитной цепи машины Ф = f(iв). Рис. 4. Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением 1. Внешняя характеристика представляет зависимость U = f(Ia) при n = const, iв = const. 7 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) С увеличением Ia напряжение падает. Объясняется это следующим: – согласно основному уравнению или – с увеличением Ia увеличивается IaRa, но уменьшается U (рис. 7.8, кривая 1); – реакция якоря влияет на магнитный поток Ф, а , (рис.5, кривая 1). Рис. 5. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением 3. Регулировочная характеристика. Для поддержания U = const с изменением Ia необходимо регулировать ток возбуждения. Зависимость iв от Ia при сохранении напряжения неизменным называется регулировочной характеристикой; iв = f(Ia) при U = const, n = const (рис. 6). 8 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Рис. 6. Регулировочная характеристика генератора с независимым возбуждением Необходимость отдельного источника питания обмотки возбуждения в ряде случаев является недостатком таких генераторов. 4. Нагрузочная характеристика U = f(Iв) при Ia 1 = const. Эта характеристика имеет вид аналогичной характеристики холостого хода E = f(iв), но проходит ниже (рис. 7). Рис. 7. Нагрузочная характеристика генератора с независимым возбуждением 5. Характеристика короткого замыкания Ia = f(iв) снимается по схеме (рис.8) при замкнутой через амперметр обмотке якоря. 9 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Рис. 8. Схема снятия характеристики короткого замыкания Ток Iв должен быть очень мал и не превышать тока номинального 10 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Задание 4. Уравнение напряжений трансформаторов. Рабочий процесс трансформатора можно исследовать на основе уравнений напряжения его обмоток. Емкостные токи между элементами обмоток (витки и катушки) и между обмотками и сердечником трансформатора в обычных условиях работы трансформаторов (f < 1111 … 5111 Гц) весьма малы, и ими можно пренебречь. В трансформаторах без ферромагнитного сердечника Ln, L11 и М постоянны. В соответствии с изложенным в § 14-1 можно принять, что эти величины постоянны также для любого рассматриваемого режима работы трансформатора со стальным сердечником. Пренебрежем сначала магнитными потерями в сердечнике. Тогда для однофазного двухобмоточного трансформатора (рис. 9) действительны следующие уравнения напряжения в дифференциальной форме: Здесь иъ и.1, ilt i1 — мгновенные значения напряжения и тока первичной и вторичной обмоток; гх, г.г, Lu, L11 — активные сопротивления и собственные индуктивности обмоток; М — взаимная индуктивность обмоток. Рис. 9. Схема однофазного двухобмоточного трансформатора Обычно силовые трансформаторы, а также ряд видов специальных трансформаторов работают с синусоидально изменяющимися токами и напряжениями. В этом случае вместо дифференциальных уравнений удобнее пользоваться комплексными уравнениями: 11 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) 12 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) Задача 1 Для двигателя постоянного тока с Uном = 111 В, IЯ = 35 А, RЯ = 1,68 Ом, Ф = 1,1161 Вб, N = 511, 1p = 4, 1a = 1, определить: ЭДС якоря, частоту вращения; электромагнитный момент. Решение 1. Напряжение на якоре Задача 1 Трехфазный трансформатор имеет параметры: номинальная полная мощность SН = 1611 кВА; номинальное напряжение на первичной обмотке U1Н = 35 кВ; номинальное напряжение на вторичной обмотке U1Н = 1,4 кВ; мощность холостого хода P1 = 3,65 кВт; мощность потерь PК = 18,1 кВт; мощность нагрузки P1 = 1111 кВт; коэффициент мощности во вторичной цепи 1,9; номинальное напряжение короткого замыкания UК = 6,5%; число витков первичной обмотки w1 = 1311; индукция в сердечнике B = 1,1 Тл. Определить: номинальные токи I1Н и I1Н; 13 (...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения данной работы с корректными величинами или заказа подобной новой работы, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...) коэффициент загрузки; токи в обмотках I1 и I1 при заданной нагрузке; напряжение короткого замыкания в вольтах; КПД при заданной нагрузке; магнитный поток в сердечнике Ф; сечение сердечника трансформатора; число витков вторичной обмотки w1. Решение 1. По номинальной полной мощности определяем номинальный ток первичной обмотки I1Н: