Задачи для самостоятельного решения. Достижения науки и техники, обусловленные ускорением научно-технического прогресса, способ­ствуют совершенствованию всех отраслей промыш­ленности и

Заключение

Достижения науки и техники, обусловленные ускорением научно-технического прогресса, способ­ствуют совершенствованию всех отраслей промыш­ленности и транспорта. В первую очередь, это отно­сится к электрическим машинам, составляющим основу электроэнергетики, как в процессе производ­ства электроэнергии, так и в процессе ее потребле­ния.

Совершенствование электрических машин ве­дется по двум направлениям.

Во-первых, совершенствование технологии изготовления электрических машин, с целью увеличе­ния их производства и снижения стоимости.

Во-вторых, применение в электрических маши­нах более качественных магнитных и электроизоля­ционных материалов, с целью повышения технико-экономических показателей электрических машин. И, наконец, в-третьих, создание новых видов элек­трических машин нетрадиционной конструкции, с использованием новейших достижений науки.

Работы последних лет показали, что резервы по усовершенствованию электрических машин тради­ционной конструкции во многом исчерпаны. Поэто­му оказывается целесообразным переход к электри­ческим машинам нового принципа исполнения. В этом смысле особый интерес представляют криоген­ные и магнитогидродинамические электрические машины.

Криогенные электрические машины. В крио­генных электрических машинах обмотки выполняют из сверхпроводников или химически чистых металлов (гиперпроводников). При снижении температуры удельное электрическое сопротивление сверхпро­водников вначале плавно снижается, а затем при температуре критического перехода Θ_кр = 20 К (ниже -253 °С) резко падает до нуля: ρ* = 0 (ρ = 0), т. е. они переходят в состояние сверхпроводимости (рис. 3.1, кривая 1). У обычных металлов и сплавов нет состояния сверхпроводимости, и при снижении температуры их удельное электрическое сопротив­ление плавно уменьшается, достигая значения

ρ* = 10^-1 при температуре абсолютного нуля (кривая 2).

У химически чистых металлов (ги­перпроводников) также нет состоя­ния сверхпроводимости, но при глу­боком охлаждении их удельное электрическое сопротивление уменьшается до значения, в 5—7 тыс. раз меньшего, чем при комнатной температуре (кривая 3).

 

Рис.3.1. Зависимость элек­трического сопротивления проводников от температу­ры:

1 — сверхпроводники; 2 -обычные металлы; 3 — хими­чески чистые металлы

 

Это свойство сверхпроводников и чистых металлов позволяет по прово­дам небольшого сечения пропускать значительные токи, доводя плотность тока до 100 А/мм² и более. Электриче­ские потери на нагрев обмоток при этом либо отсутствуют, либо незначи­тельны. Все это дает возможность по­лучать в криогенных машинах силь­ные магнитные поля с магнитной индукцией В = 5 ÷ 10 Тл (в машинах традиционного выполнения В = 0,8 ÷ 1,5 Тл).

Криогенная машина не содержит ферромагнитного сердечни­ка, который, обладая свойством магнитного насыщения, не позво­лил бы получить столь высокие значения магнитной индукции, так как вызвал бы в машине значительные магнитные потери. Сниже­ние потерь (электрических и магнитных) позволяет повысить КПД машин и более эффективно использовать их габариты, создавая машины весьма большой единичной мощности.

Необходимым элементом криогенной машины является криостат, представляющий собой теплоизолированную от внешней среды емкость, заполненную хладагентом (например, жидким ге­лием). Внутри криостата располагают охлаждаемую обмотку или же электрическую машину целиком.

Рассмотрим конструктивную схему криогенного турбогенера­тора со сверхпроводящими обмотками статора 4 и ротора 3 (рис. 3.2). Вся машина помещена в криостат, заполненный жидким ге­лием при температуре 10 К (-263 °С). На валу 2 расположено че­тыре металлических «полюса» 5, на каждом из которых укреплена говитковая полюсная катушка 3 из

 

Рис. 3.2. Конструктивная схема криогенного турбогенерато­Ра

со сверхпроводящими обмотками на статоре и роторе

 

 

сверхпроводника. Статор за­ключен в магнитный экран 7 из сверхпроводящего сплава. По­верхность экрана имеет множество отверстий, через которые внутрь машины проникает жидкий гелий. «Полюсы» ротора 5 и «сердечник» статора б, а также другие элементы конструкции ма­шины не обладают ферромагнитными свойствами, а используются лишь для надежного закрепления обмоток.

Вся машина заключена в металлический кожух 8, образующий стенки криостата. Затем следует толстый слой теплоизоляции 9. Выделяющаяся за счет потерь теплота, а также теплота, прони­кающая в криостат из внешней среды, отбирается жидким гелием. Криогенная машина снабжена рефрижератором 10, подающим в криостат охлажденный гелий взамен испаряющегося. Контактные кольца 11 находятся в холодной зоне, а подшипники 1 и 12 выне­сены за пределы криостата.

Рассмотренная конструкция криогенного генератора обладает существенным недостатком - значительные потери энергии в обмотке статора, вызванные переменным током в обмотке статора и переменным магнитным полем, наведанным этой обмоткой. Эти потери происходят главным образом из-за явления гистерезиса в сверхпроводящей обмотке. Пока еще не найдены эффективные способы ослабления этих потерь, вызывающих интенсивное испа­рение хладагента (жидкого гелия). Поэтому помимо электриче­ских машин с криогированием обеих обмоток создаются и иссле­дуются криогенные машины с криогированием только обмотки возбуждения. Эта обмотка питается постоянным током и защище­на алюминиевым (демпфирующим) экраном от воздействия пере­менного магнитного поля обмотки статора, поэтому в ней не про­исходят явления, вызывающие магнитные потери. Обмотка статора в такой машине имеет обычную конструкцию, т. е. она вынесена за пределы криостата.

Исследования показали, что КПД криогенного синхронного турбогенератора с учетом всех дополнительных расходов энергии на собственные нужды (включая гелиевое охлаждение обмотки возбуждения) на 0,8% выше, чем у обычного синхронного генера­тора с водородным охлаждением мощностью 1200 тыс. кВт. При этом криогенный генератор имеет массу в четыре раза меньше.

В последнее время получены проводниковые материалы, об­ладающие сверхпроводимостью при температуре кипения жидко­го азота (-196 °С) —хладагента более дешевого, чем жидкий ге­лий (температура кипения -268,9 °С). Ведутся работы по созданию проводниковых материалов с еще более высокой температурой сверхпроводимости. Применение этих материалов в криогенном электромашиностроении упростит конструкцию криостатов и снизит стоимость криогенных электрических машин.

Исследования показали, что в ближайшие 10—20 лет криогенное электромашиностроение станет одним из ведущих направлений при создании электрических машин особо большой мощности, выполнение которых по традиционным принципам технически невозможно.

*****многовитковая полюсная катушка 3 из сверхпроводника. Статор заключен в магнитный экран 7 из сверхпроводящего сплава. По­верхность экрана имеет множество отверстий, через которые внутрь машины проникает жидкий гелий. «Полюсы» ротора 5 и «сердечник» статора 6, а также другие элементы конструкции ма­шины не обладают ферромагнитными свойствами, а используются лишь для надежного закрепления обмоток.

Вся машина заключена в металлический кожух 8, образующий стенки криостата. Затем следует толстый слой теплоизоляции 9. Выделяющаяся за счет потерь теплота, а также теплота, прони­кающая в криостат из внешней среды, отбирается жидким гелием. Криогенная машина снабжена рефрижератором 10, подающим в криостат охлажденный гелий взамен испаряющегося. Контактные кольца 11 находятся в холодной зоне, а подшипники 1 и 12 выне­сены за пределы криостата.

Рассмотренная конструкция криогенного генератора обладает существенным недостатком - значительные потери энергии в обмотке статора, вызванные переменным током в обмотке статора и переменным магнитным полем, наведенным этой обмоткой. Эти потери происходят главным образом из-за явления гистерезиса в сверхпроводящей обмотке. Пока еще не найдены эффективные способы ослабления этих потерь, вызывающих интенсивное испа­рение хладагента (жидкого гелия). Поэтому помимо электриче­ских машин с криогированием обеих обмоток создаются и иссле­дуются криогенные машины с криогированием только обмотки возбуждения. Эта обмотка питается постоянным током и защище­на алюминиевым (демпфирующим) экраном от воздействия пере­менного магнитного ноля обмотки статора, поэтому в ней не про­исходят явления, вызывающие магнитные потери. Обмотка статора в такой машине имеет обычную конструкцию, т. е. она вынесена за пределы криостата.

Исследования показали, что КПД криогенного синхронного турбогенератора с учетом всех дополнительных расходов энергии на собственные нужды (включая гелиевое охлаждение

обмотки возбуждения) на 0,8% выше, чем у обычного синхронного генера­тора с водородным охлаждением мощностью 1200 тыс. кВт. При этом криогенный генератор имеет массу в четыре раза меньше.

В последнее время получены проводниковые материалы, об­ладающие сверхпроводимостью при температуре кипения жидко­го азота (-196°Г) —хладагента более дешевого, чем жидкий ге­лий (температура кипения -268,9 °С). Ведутся работы по созданию проводниковых материалов с еще более высокой темпе­ратурой сверхпроводимости. Применение этих материалов в крио­генном электромашиностроении упростит конструкцию криостатов и снизит стоимость криогенных электрических машин.

Исследования показали, что в ближайшие 10—20 лет крио­генное электромашиностроение станет одним из ведущих направ­лений при создании электрических машин особо большой мощно­сти, выполнение которых по традиционным принципам техничес­ки невозможно.

Магнитогидродинамические электрические машины. Рас­смотрим принцип действия магнитогидродинамического (МГД) генератора, в котором тепловая энергия преобразуется непосред­ственно в электрическую. Принцип действия основан на том, что при движении рабочего тела, обладающего достаточной электро­проводностью (электролита, жидкого металла, ионизированного газа), поперек силовых линий магнитного поля в этом рабочем те­ле индуцируется ЭДС и возникает ток, который через соответст­вующие электроды отводится во внешнюю электрическую цепь. Для пояснения воспользуемся упрощенной схемой МГД- генератора (рис. 3, а), в котором рабочим телом являются продукты сгорания топлива с присадкой, усиливающей их электропровод­ность. Топливо 1, воздух 2 и присадка 3 подаются н камеру сгора­ния 4. Образующийся при этом ионизированный газ выходит из сопла 5 и проходит через внутреннюю полость электромагнита 6 поперек магнитных силовых линий поля. В соответствии с явлени­ем электромагнитной индукции в ионизированном газе наводится ЭДС, которая снимается двумя электродами 7 и подается во внешнюю цепь к потребителю r_н. Ионизированный газ, пройдя через магнитное поле, выходит из генератора. Таким образом, в МГД-генераторе теплота, образуемая при сгорании топлива, непосред­ственно преобразуется в электрическую энергию, а поэтому необ­ходимость в получении механической энергии отпадает (не нужны паровой котел и паровая турбина).

Исследования показали, что МГД-генераторы приобретают существенные преимущества перед тепловыми электростанциями традиционного действия лишь при условиях значительной еди­ничной мощности (более 100 МВт) и изготовлении обмотки элек­тромагнита из сверхпроводника, помещенного в криостат.

МГД-генераторы обратимы и могут работать в двигательном режиме. Обычно МГД-двигатели применяются для перемещения электропроводных жидкостей, их принято называть МГД- насосами. Для пояснения принципа работы МГД - насоса обратимся к рис. 3.3, б. Электропроводная жидкость, проходя через канал 1, попа­дает в пространство между полюсами N и S электромагнита. При этом через жидкость от электрода 2 к электроду 3 проходит элек­трический ток, который взаимодействует с магнитным полем и создает электромагнитные

 

 

Рис. 3.3. Принцип действия МГД-генератора (а) и МГД-двигателя (б)

 

 

силы, которые и «проталкивают» жид­кость через межполюсное пространство электромагнита.

Подобные МГД-насосы могут применяться для транспорти­ровки различных электропроводных жидкостей. Например, их можно использовать для перемещения расплавленного металла в литейном производстве.

Рассмотренные МГД-машины называют кондукционными, так как их конструкция предусматривает обязательное наличие элек­тродов для съема или подачи электрического тока. Созданы также МГД-машины индукционные (асинхронные), в которых отсутст­вуют электроды, а ЭДС или электромагнитные силы возникают в результате взаимодействия перемещаемой электропроводной жидкости с бегущим магнитным полем [1].

 

 

Задачи для самостоятельного решения

 

1. ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Задача 1.1. Однофазный трансформатор включен в сеть с час­тотой тока 50 Гц. Номинальное вторичное напряжение U_2ном, а ко­эффициент трансформации k. Определить число витков в обмот­ках w₁ и w₂, если в стержне магнитопровода трансформатора сечением Q_ст максимальное значение магнитной индукции В_mах (табл. 1.1).

 

Таблица 1.1

 

Величины	Варианты
U2ном, В
k
Qст м2 * 10-1	0,49	0,80	1,2	1,8	0,65	0,80	1,2	0,76	0,60
Вmax, Тл	1,3	1,6	1,8	1,3	1,4	1,5	1,2	1,3	1,5	и

 

Задача 1.2. Для однофазного трансформатора номинальной мощностью S_ном и первичным напряжением U_1ном, мощностью ко­роткого замыкания Р_к.ном и напряжением к.з. u_к рассчитать данные и построить график зависимости изменения вторичного напряже­ния ΔU от коэффициента нагрузки β, если коэффициент мощности нагрузки соs φ₂ (табл. 1.2).

 

Таблица 1.2

 

Величины	Варианты
Sном, кВА
U1ном, кВ	31,5	6,3	31,5	6,3	6,3			3,4	6,3
Рк.ном, кВт								3,5		5,4
Uк, %	8,5	6,5	8,5	5,5	6,5		6,5	5,5	5,5
cos φ2	0,75 (емк.)	0,85 (инд.)	0,80 (емк.)	0,70 (инд.)	1,0	0,85 (инд.)	0,9 (емк.)	1,0	0,80 (инд.)	0,70 (инд.)

 

Задача 1.3. Для однофазного трансформатора, данные которо­го приведены в задаче 1.2, рассчитать и построить график зависи­мости КПД от нагрузки η = f (β), если максимальное значение КПД трансформатора соответствует коэффициенту нагрузки β^/ = 0,7.

 

Задача 1.4. Трехфазный трансформатор номинальной мощно­стью S_ном и номинальными напряжениями (линейными) U_1ном и U_2ном имеет напряжение короткого замыкания u_к, ток холостого хода i₀, потери холостого хода Р_0ном и потери короткого замыкания Р _к.ном. Обмотки трансформатора соединены по схеме «звезда— звезда». Требуется определить параметры Т-образной схемы замещения, считая ее симметричной: r₁ = r₂' и х₁ = х₂'; определить КПД η и полезную мощность Р₂, соответствующие значениям полной потребляемой мощности S₁ = 0,25 S_ном, S₂ = 0,5 S_ном, S₃ = 0,75 S_ном и S₄ = S_ном при коэффициентах мощности нагрузки соs φ₂ = 0,8 и соs φ₂ = 1, по полученным данным построить графики η = f (P₂) в одних осях координат; определить номинальное изменение напряжения ΔU_ном (табл. 1.3).

Таблица 1.3

 

 

Величины	Варианты
Sном, кВА
U1ном,кВ	0,5	3,0	6,0					6,0	3,0	3,0
U2ном, кВ	0,23	0,4	0,4	0,4	3,0	0,4	0,6	0,6	0,23	0,23
Uк, %	5,5	5,5	8,5	6,5	5,5	6,5	8,5	5,5	6,5	5,5
Р0ном, кВт	0,65	1,2	1,6	2,5	5,2	3,6	2,8	3,2	2,0	1,5
Рк.ном, кВт	2,0	3,6	5,8	9,0	13,5	10,0	9,0	8,2	6,0	4,0
io. %	6,5	5,5	5,5	5,5	5,0	5,0	5,5	5,5	5,5	6,5

 

 

Задача 1.5. Три трехфазных трансформатора номинальной мощностью S_номI, S_номII и S_номIII включены на параллельную работу. Требуется определить: 1) нагрузку каждого трансформатора (S_I, S_II и S_III) в кВ А, если общая нагрузка равна сумме номинальных мощностей этих трансформаторов (S_общ = S_номI + S_номII + S_номIII);

2) степень использования каждого из трансформаторов по мощно­сти (S/ S_ном);

3) насколько следует уменьшить общую нагрузку трансформаторов S_общ, чтобы устранить перегрузку трансформато­ров; как при этом будут использованы трансформаторы по мощно­сти в процентах (табл. 1.4).

 

Таблица 1.4

 

 

Величины	Варианты
Первый трансформатор
Номинальная мощность Sном1, кВА
Напряжение к.з. UкI, %	5,3	5,3	4,3	4,4	4,0
Второй трансформатор
Номинальная мощность Sном1I, кВА
Напряжение к.з. UкII, %	5,5	5,5	4,3	4,0	4,2
Третий трансформатор
Номинальная мощность Sном1II, кВА
Напряжение к.з. UкIII, %	5,7	5,5	4,0	3,8	4,5

 

2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ МАШИН

 

Задача 2.1. Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора по данным, при­веденным в табл. 2.1. Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась v -я высшая гармоника в кривой индуцированной ЭДС обмотки. Соединение катушечных групп последовательное, фазы обмотки соединить звездой, катушки одновитковые.

 

Таблица 2.1

 

Величины	Варианты
Число пазов Z1,
Число полюсов 2р	>
Гармоника v

 

 

Задача 2.2. Используя данные и результаты расчета задачи 2.1, определить эффективные значения фазной и линейной ЭДС первой, третьей, пятой и седьмой гармоник, приняв величину ос­новного магнитного потока Ф = 3/ Z₁ Вб и частоту тока 50 Гц. Рас­считать значения этих ЭДС, если бы шаг обмотки был полным.

 

Задача 2.3. По данным задачи 2.1 рассчитать параметры и на­чертить развернутую схему трехфазной однослойной обмотки ста­тора с лобовыми соединениями, расположенными в двух плоско­стях. Катушечные группы соединить последовательно, фазные обмотки соединить звездой.

 

3. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Задача 3.1. Определить значения ЭДС, индуцируемые вра­щающимся магнитным потоком Ф в обмотке статора Е₁, в непод­вижном и вращающемся роторах E₂ и Е_2s, частоту вращения рото­ра n₂ и частоту тока в роторе f ₂, если известны число последовательно соединенных витков фазы обмотки статора w ₁, обмоточный коэффициент k_об1, число полюсов 2р, частота тока f ₁ = 50 Гц и номинальное скольжение s_ном (табл. 3.1).

 

Таблица 3.1

 

 

Величины	Варианты
Ф,Вб 10-3
w 1|
Kоб1	0,96	0,90	0,94	0,86	0,90	0,96	0,84	0,90	0,96	0,90
Sном	0,02	0,03	0,02	0,04	0,06	0,01	0,04	0,03	0,03	0,02
2р

Задача 3.2. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А имеет технические данные, приве­денные в табл. 3.2. Определить высоту оси вращения h, число по­люсов 2р, скольжение при номинальной нагрузке s_ном, момент на валу М_ном, начальный пусковой М_п и максимальный М_mах моменты, номинальный и пусковой токи I_1ном и I_п в питающей сети при со­единении обмоток статора звездой и треугольником.

Таблица 3.2

 

Тип двигателя	Варианты
Рном, кВт	n2нои, об/мин	ηном,%	соs φ1				Uс, В
4А10082УЗ	4,0		86,5	0,89	7,5	2,0	2,5	220/380
4А16082УЗ	15,0		88,0	0,91	7,0	1,4	2,2	220/380
4А200М2УЗ	37,0		90,0	0,89	7,5	1,4	2,5	380/660
4А112М4УЗ	5,5		85,5	0,85	7,0	2,0	2,2	220/380
4А132М4УЗ	11,0		87,5	0,87	7,5	2,2	3,0	220/380
4А180М4УЗ	30,0		91,0	0,89	6,5	1,4	2,3	380/660
4А200М6УЗ	22,0		90,0	0,90	6,5	1,3	2,4	220/380
4А280М6УЗ	90,0		92,5	0,89	5,5	1,4	2,2	380/660
4А315М8УЗ			93,0	0,85	6,5	1,2	2,3	380/660
4А355М10УЗ			93,0	0,83	6,0	1,0	1,8	380/660

 

Задача 3.3. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, работающий от сети частотой 50 Гц и напря­жением U₁ (фазное), имеет параметры, приведенные в табл. 3.3: номинальная мощность Р_ном, коэффициент мощности соs φ_1ном, магнитные потери Р_м механические потери Р_мх, активное сопро­тивление фазы обмотки статора r₁ при рабочей температуре, ак­тивное приведенное сопротивление обмотки ротора r^/₂. Рассчитать данные и построить график зависимости КПД от относительного значения полезной мощности η = f (Р₂/ Р_ном). При этом принять добавочные потери равными Р_доб = 0,005 Р₂, а коэффициент мощ­ности считать изменяющимся в функции Р₂/ Р_ном в соответствии с графиком 2 на рис. 13.9.

Таблица 3.3

 

 

Величины	Варианты
Рном, кВт	4,0			5,5			4,0
cos φ 1ном	0,89	0,91	0,90	0,86	0,87	0,89	0,84	0,88	0,9	0,92
U1,В
r1, 0м	1,62	0,40	0,083	1,5	0,53	0,16	1,62	1,1	0,11	0,03
r2', Ом	1,4	0,2	0,043	1,2	0,28	0,06	1,40	0,4	0,02	0,01
Pм, Вт
Рмех, Вт

 

 

Задача 3.4. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает от сети переменного тока частотой 50 Гц. При номинальной нагрузке ротор двигателя вращается с частотой n_2ном; перегрузочная способность двигателя λ, а крат­ность пускового момента М_п/ М_ном. Рассчитать данные и построить механическую характеристику двигателя в относительных едини­цах М_* = f (s) (табл. 3.4).

 

 

Таблица 3.4

 

Величины	Варианты
n2ном об/мин
λ	2,2	1,9	2,0	2,2	2,0	1,9	1,8	2,2	1,7	1,8
Мп /Мном	1,4	1,4	1,2	1,0	1,0	1,2	1,4	1,0	0,9	1,0

 

 

4. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

 

Задача 4.1. Имеется трехфазный синхронный генератор мощ­ностью S_ном с напряжением на выходе U_1ном (обмотка статора со­единена звездой) при частоте тока 50 Гц и частоте вращения n₁. КПД генератора при номинальной нагрузке η_ном (табл. 4.1). Гене­ратор работает на нагрузку с соs φ_ном = 0,9. Требуется определить активную мощность генератора при номинальной нагрузке Р_ном, ток в обмотке статора I_1ном, требуемую первичному двигателю мощность Р₁ и вращающий момент М₁ при непосредственном механическом соединении валов генератора и первичного двигателя.

 

Таблица 4.1

 

Величины	Варианты
Sном, кВА
U1ном, кВ	6,3	3,2	0,4	6,3	0,7	3,2	6,3	0,4	6,3	3,2
ηном, %
n1, об/ мин

 

Задача 4.2. Трехфазный синхронный генератор номинальной мощностью Р_ном и номинальным (фазным) напряжением U_1ф.ном работает с коэффициентом мощности соs φ_1ном = 0,8 (инд.). Об­мотка фазы статора имеет индуктивное сопротивление рассеяния х₁ (табл. 4.2), отношение короткого замыкания ОКЗ = 0,7. Требу­ется построить практическую диаграмму ЭДС и по ней определить номинальное изменение напряжения генератора при сбросе на­грузки. Активным сопротивлением фазы обмотки статора пренеб­речь. Характеристика х.х. генератора нормальная (см. с. 262).

 

Таблица 4.2

 

 

Величины	Варианты
Рном, кВА
U1ном, В
х1,Ом	0,35	0,21	0,15	0,32	0,24	0,30	0,35	0,18	0,25	0,40

 

Задача 4.3. Трехфазный синхронный двигатель номинальной мощностью Р_ном и числом полюсов 2р работает от сети напряже­нием U_1ном (обмотка статора соединена звездой). КПД двигателя η_ном, коэффициент мощности соs φ_1ном при опережающем токе ста­тора. Перегрузочная способность двигателя λ, а его пусковые па­раметры определены кратностью пускового тока I_п/ I_ном и кратно­стью пускового момента М_п/ М_ном. Значения этих величин приведены в табл. 4.3. Требуется определить: потребляемые из сети двигателем активную мощность Р₁ и ток I_1ном, развиваемый двигателем при номинальной нагрузке вращающий момент М_ном, суммарные потери ∑Р, пусковой момент М_п и пусковой ток I_п а также вращающий момент М_mах, при котором двигатель выпадает из синхронизма.

 

Таблица 4.3

Варианты	Величины
Рном, кВт	U1ном кВ	2р	cos φ1ном	ηном, %
		6,0		0,8			1,4	1,5
		3,0		0,9		5,5	1 7	1,5
		3,0		0,9		4,5	1,7	1,6
		0,38		0,8		4,5	2,2	1,6
		0,38		0,8		4,8	2,4	1,5

 

Задача 4.4. В трехфазную сеть напряжением U_с включен по­требитель мощностью S_потр при коэффициенте мощности соs φ. Определить мощность синхронного компенсатора Q_ск, который следует подключить параллельно потребителю, чтобы коэффици­ент мощности в сети повысился до значения соs φ'. На сколько необходимо увеличить мощность синхронного компенсатора, что­бы повысить коэффициент мощности сети еще на 0,05 (табл. 4.4).

 

 

Таблица 4.4

 

Величины	Варианты
Uc, кВ Sпотр, кВА 103	6,0 0,66	10,0 4,5	20,0 1,8	35,0 2,4	6,0 0,8	10,0 1,7	20,0 1,5	35,0 35	6,0 2,0	10,0 3 5
cos φ	0,70	0,72	0,70	0,75	0,70	0,72	0,75	0,74	0,78	0,72
cos φ'	0,90	0,92	0,88	0,90	0,85	0,80	0,83	0,85	0,90	0,85

 

5. КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ

 

Задача 5.1. По данным, приведенным в табл. 5.1, рассчитать параметры и начертить развернутую схему простой волновой (ПВ) обмотки якоря. На схеме обозначить полюсы, расставить щетки и, задавшись направлением вращения якоря, определить, определить полярности щеток в генераторном режиме. Выполнить схему параллельных ветвей обмотки якоря и определить ее сопротивление, считая при этом сопротивление одной секции равным 0,02 Ом (секции одновитковые).

Таблица 5.1

 

 

 

Величины	Варианты
Число пазов Z	20 4     ПП	25 б     ПВ	33 8     ПВ	32 4     ПП	23 4     ПВ	24 8     ПП	29 4     ПВ	30 6     ПП	27 4     ПВ	28 6     ПП
2p
Тип обмотки	ПП	ПВ	ПВ	ПП	ПВ	ПП	ПВ	ПП	ПВ	ПП

 

 

Задача 5.2. Генератор постоянного тока независимого возбу­ждения с номинальным напряжением U_ном и номинальной часто­той вращения n_ном имеет простую волновую обмотку якоря, со­стоящую из N проводников. Число полюсов генератора 2р = 4, сопротивление обмоток в цепи якоря при рабочей температуре ∑r, основной магнитный поток Ф. Требуется для номинального режима работы генератора определить: ЭДС Е_а, ток нагрузки I_ном (размагничивающим влиянием реакции якоря пренебречь), полез­ную мощность Р_ном, электромагнитную мощность Р_эм и электро­магнитный момент М_ном (табл. 5.2).

 

Таблица 5.2

 

 

Величины	Варианты
Uном, В
nном, об/ мин
∑r, 0м	0,175	0,08	0,17	0,3	0,7	0,09	0,27	0,35	0,08	0,14
N
Ф.Вб 10-2	4,8	2,6	1,7	2,6	4,8	4,5	2,4	6,1	2,4	2,2

 

 

Задача 5.3. У генератора постоянного тока параллельного возбуждения мощностью Р_ном и напряжением U_ном сопротивление обмоток в цепи якоря ∑r. Необходимо определить электрические потери якоря и обмотки возбуждения, если в генераторе примене­ны щетки марки ЭГ (см. табл. 27.1), а также определить КПД в режиме номинальной нагрузки. Ток возбуждения принять равным I_в = k_в I_ном, где k_в — коэффициент тока возбуждения, а сумму маг­нитных и механических потерь принять Р_м + Р_мех = k_п Р_ном где k_п — коэффициент постоянных потерь (табл. 5.3).

 

 

Величины	Варианты
		г
Рном, кВт
Uном, В
∑r,0м	0,04	0,01	0,05	0,03	0,04	0,04	0,07	0,10	0,07	0,02
kв	0,02	0,02	0,02	0,03	0,02	0,01	0,03	0,03	0,02	0,02
kп	0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,03	0,04	0,04	0,03	0,02

 

 

Задача 5.4. Двигатель постоянного тока номинальной мощно­стью Р_ном включен в сеть напряжением U_ном и при номинальной нагрузке потребляет ток I_ном, развивая при этом частоту вращения n_ном. Требуется определить: значение мощности Р_1иом, потребляе­мой двигателем из сети, суммарные потери ∑Р, КПД η_ном и мо­мент на валу M_2ном.

 

Таблица 5.4

 

Величины	Варианты
Рном, кВт
Uном, В
Iном, A
nном, об/ мин

Задача 5.5. Электродвигатель постоянного тока параллельно­го возбуждения мощностью Р_ном включен в сеть напряжением U_ном, и его якорь вращается с частотой n_ном (табл. 5.5). Сопротив­ление обмотки возбуждения при рабочей температуре r_в, а сопро­тивление обмоток в цепи якоря ∑r. В двигателе применены щет­ки марки ЭГ (см. табл. 27.1). Требуется определить электромагнитную мощность и электромагнитный момент при но­минальной нагрузке двигателя, сумму магнитных и механических потерь (Р_м + Р_мех), а также сопротивление пускового реостата r_п.р, при котором начальный пусковой ток двигателя был бы равен 2,5 I_ном.

 

Таблица 5.5

 

 

Величины	Варианты
Рном, кВт					7,1
Uном, В
nном, об/ мин
ηном, %
∑r, 0м	0,14	0,26	0,14	0,05	0,45	0,25	0,11	0,08	0,25	0,17
rв, Ом	34,5