МетодическИе указания по выполнению

Контрольной работы

В соответствии с учебным планом студенты заочной формы обучения 3 курса специальности 13.02.03 «Электрические станции, сети и системы» обязаны выполнить две контрольные работы по МДК.01.03 «Электрооборудование электрических станций, сетей и систем".

Студенты, не выполнившие контрольную работу в срок, к экзамену не допускаются.

Номер варианта контрольной работы указывается преподавателем по последней цифре шифра студента. Контрольная работа состоит из 2-х разделов:

- тесты контроля знаний студентов;

- контрольные задания.

Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы следует внимательно изучить рекомендованную литературу и методические указания по выполнению контрольной работы.

При оформлении работы должны быть написаны формулы и расшифровка к ним, а затем уже вычисления.

Работа должна быть написана грамотно, аккуратно, разборчивым почерком. Каждая страница нумеруется. На обложке тетради указываются: номер варианта, Ф.И.О., курс, группа.

Например:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное АВТОНОМНОЕ образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Нововоронежский политехнический колледж – филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НВПК НИЯУ МИФИ)

Контрольная работа№

МДК.01.03 «Электрооборудование электрических станций, сетей и систем"

студента 2-го курса

группа 13.02.03-

Иванова Ивана Ивановича

Вариант № 10

Работа, выполненная не по своему варианту, с грубыми ошибками в изложении изучаемого материала, зачету не подлежит. Если работа не зачтена, студент должен написать ее повторно. Вновь выполненная работа представляется в колледж вместе с незачтенной.

Задания на контрольную работу№1

и методические указания к решению задач

1. Контрольные задания по разделу «Машины постоянного тока»

Вариант 1

1. Принцип действия генератора постоянного тока. Роль коллектора в генераторе.

2. Магнитная характеристика машины постоянного тока и ее построение.

3. Электромашинный усилитель поперечного поля. Принцип работы и устройство.

Вариант 2

1. Принцип действия электродвигателя постоянного тока. Роль коллектора в генераторе.

2. Улучшение коммутации в машине постоянного тока сдвигом щеток с геометрической нейтрали.

3. Уравнение ЭДС и моментов для двигателя постоянного тока.

Вариант 3

1. Реакция якоря в машине постоянного тока и ее влияние на работу машины.

2. Тахогенератор. Принцип работы и устройство.

3. Особенности электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Рабочие характеристики.

Вариант 4

1. Сущность процесса коммутации в машинах постоянного тока.

2. Виды потерь в машинах постоянного тока. Их физическая сущность. Кпд машины постоянного тока.

3. Особенности и характеристики генератора со смешанным возбуждением.

Вариант 5

1. Назначение и устройство компенсационной обмотки в машине постоянного тока.

2. Регулирование частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением.

3. Особенности и характеристики сварочного генератора.

Вариант 6

1. Физический процесс при пуске электродвигателя постоянного тока. Роль противо-ЭДС при пуске.

2. Особенности системы генератор-двигатель. Схема и область применения.

3. Причины искрения на коллекторе машины постоянного тока.

Вариант 7

1. Вывод формулы ЭДС машины постоянного тока.

2. Криволинейная замедленная коммутация в машинах постоянного тока.

3. Параллельная работа генераторов постоянного тока.

Вариант 8

1. Вывод формулы электромагнитного момента машины постоянного тока.

2. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением и их особенности.

3. Изменения направления вращения двигателей постоянного тока, позволяющие осуществить его.

Вариант 9

1. Улучшение коммутации машин постоянного тока с помощью добавочных полюсов.

2. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

3. Двигатели постоянного тока исполнительных механизмов.

Вариант 10

1. Принцип самовозбуждения машины постоянного тока.

2. Явление кругового огня на коллекторе. Причины возникновения и способы устранения.

3. Импульсное регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока.

Задание 1.1Простая 2-х слойная обмотка якоря машины постоянного тока имеет число полюсов 2 р и число пазов Z, равное числу коллекторных пластин. Сведения об обмотке приведены в таблице вариантов. Вычислить шаги по пазам, вычертить развернутую схему обмотки, расставить полюсы и щетки. Для принятого произвольного направления вращения якоря указать полярность щеток.

Таблица вариантов к задаче № 1.1

Вариант	2 р	Z	Обмотка	Вариант	2 р	Z	Обмотка
			Петлевая				Волновая
			Волновая				Петлевая
			Петлевая				Волновая
			Волновая				Петлевая
			Петлевая				Волновая

Задание №1.2

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением рассчитан на номинальную мощность Р_н и номинальное напряжение U_н. Номинальный ток нагрузки I_н.

Ток якоря I_а. ЭДС генератора Е. Сопротивление обмотки якоря R_а и обмотки возбуждения R_в. Сопротивления заданы при температуре +20⁰ С. На якоре находится N проводников, образующих а пар параллельных ветвей. Число пар полюсов равно р. Магнитный поток одного полюса равен Ф. Якорь вращается с частотой n_н.

В таблице вариантов заданы значения некоторых из этих величин, определить остальные, отмеченные прочерками.

Типовой пример

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением работает в номинальном режиме при напряжении на зажимах . Сопротивление обмотки якоря приведены к рабочей температуре +75⁰ С. Генератор имеет шесть полюсов (2р=6). На якоре находится N=240 проводников, образующих шесть параллельных ветвей (2а=6). Магнитный поток одного полюса Ф=0,05 Вб. Номинальная частота вращения n_н=1200 об/мин.

Определить:

1) ЭДС генератора Е.

2) Силу тока в обмотке якоря .

3) Силу тока в обмотке возбуждения .

4) Силу тока , отдаваемого потребителю.

5) Полезную мощность генератора Р₂.

6) Электромагнитную мощность Р_эм.

Решение

1. ЭДС генератора Однако в этой формуле неизвестен ток якоря, поэтому используем другое выражение для ЭДС:

2. Сила тока в обмотке якоря определяем из формулы

откуда

3. Сила тока в обмотке возбуждения

4. Сила тока, отдаваемого потребителю

5. Полезная мощность, развиваемая генератором,

6. Электромагнитная мощность генератора

Таблица вариантов к задаче 1.2

Вариант	Р	Ргн, кВт	Uн, В	Iн, А	Iа, А	Iв, А	Е, В	Rа, Ом	Rв, Ом	N	а	Ф, Вб	Пн, об/мин
		-			-	-	-	0,08				-
		25,3	-		-	-	-	0,15		-		0,025
	-	-		-		-	-	0,2				0,073
		16,5		-	-		-	0,1	-			-
		-	-	-		-		0,25			-	0,0145
				-	-	-	-	-				0,042
			-	21,75	-			-	-	-		0,018
		-			-		-	0,12	-			0,148	-
		-	-			-		-				0,06	-
		2,64	-	-				-	-			0,02	-

Задание №1.3

Электродвигатель постоянного токас параллельным возбуждением потребляет из сети мощность Р₁ и развивает на валу номинальную мощность Р_гн при напряжении U_н и токе I_н. Ток в обмотке якоря равен I_а, в обмотке возбуждения – I_в. Номинальный вращающий момент двигателя равен М_н при частоте вращения якоря n_н. В якоре наводится противо-ЭДС Е. Сопротивление обмотки якоря равно R_а, обмотки возбуждения R_в; оба сопротивления заданы при рабочей температуре +75⁰ С. Суммарные потери в двигателе равны . К.п.д. двигателя составляет .

Используя номинальные данные двигателя, приведенные в таблице вариантов, определить все величины, отмеченные прочерками.

Типовой пример

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением рассчитан на номинальную мощность и номинальное напряжение Частота вращения якоря n=3000 об/мин. Двигатель потребляет из сети ток I=169 А. Сопротивление обмотки возбуждения

Оба сопротивления приведены к рабочей температуре +75⁰ С.

Определить:

1) Потребляемую из сети мощность Р₁.

2) К.П.Д. двигателя .

3) Полезный вращающий момент М.

4) Ток якоря I_а.

5) Противо-ЭДС в обмотке якоря Е.

6) Суммарные потери мощности в двигателе

Решение

1. Потребляемая из сети мощность

2. К.П.Д. двигателя

3. Полезный вращающий момент (на валу)

4. Для определения тока якоря предварительно находим ток возбуждения

Ток якоря

5.Противо-ЭДС в обмотке якоря

6.Суммарные потери мощности в двигателе

Таблица вариантов к задаче 1.3

Вариант	Р1, кВт	Ргн, кВт	Uн, В	Iн, А	Iа, А	Iв, А	Мн, н.м.	Nн, об/мин	Е, В	Rа, Ом	Rв, Ом	кВт
		-	-		-	-	-		-	0,05			-
	-	-	-	-	86,5			-	-	0,093		-	0,88
	3,8	3,2		-	-	-	-		-	0,2		-	-
	-		-		-		-			-	-		-
	-	-		36,4	35,4	-	19,1	-		-	-	-	0,82
	-			-	-	5,5		-	437,8	-	-	-	0,82
	3,9	-	-	-	35,4		-		-	0,282	-	0,7	-
	39,8		-	90,5	-	-	-			-		-	-
	-			-	-	-		-	-	0,112		-	0,91
	-	-	-	34,5	-		30,6	-	103,1	-	-	0,6	0,843

2. Контрольные задания по разделу «Трансформаторы»

Вариант 1.

1. Какие магнитные потоки имеют место в нагруженном трансформаторе? Какие ЭДС наводятся в обмотках этими потоками? Привести соответствующий рисунок.

2. Векторная диаграмма трансформатора при активно-индуктивной нагрузке. Общий вид и методика построения.

3. Особенности трансформаторов для дуговой сварки. Их внешняя характеристика и ее получения.

Вариант 2.

1. Устройство и принцип действия трансформатора. Роль стального магнитопровода.

2. Пояснить на основе постоянства магнитодвижущих сил трансформатора увеличение первичного тока при возрастании нагрузки во вторичной цепи.

3. Назначение и особенности измерительных трансформаторов.

Вариант 3.

1. ЭДС, наводимые в обмотках основным магнитным потоком.

2. Опыт холостого хода трансформатора. Какие величины определяют из этого.

3. Группы соединений трехфазных трансформаторов. Векторные диаграммы.

Вариант 4.

1. Опыт короткого замыкания трансформатора. Какие величины определяют из этого опыта?

2. Потери и к.п.д. в зависимости от нагрузки.

3. Устройство и принцип действия автотрансформатора.

Вариант 5.

1. Векторная диаграмма трансформатора при активной нагрузке. Общий вид и методика построения.

2. Опыт короткого замыкания трансформатора. Какие величины определяют из этого опыта?

3. Условия включения трансформаторов на параллельную работу. К каким последствиям приводит несоблюдение этих условий?

Вариант 6.

1. Приведенный трансформатор. Цель приведения.

2. Уравнения намагничивающих сил и токов трансформатора.

3. Нагревание и охлаждение трансформатора. Способы охлаждения.

Вариант 7.

1. Уравнения равновесия ЭДС в обмотках нагруженного трансформатора.

2. Схема замещения трансформатора.

3. Аварийные перегрузки трансформаторов.

Вариант 8.

1. Классификация трансформаторов.

2. Изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке. Внешние характеристики.

3. Систематические перегрузки трансформатора и их определение.

Вариант 9.

1. Номинальные параметры трансформатора.

2. Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе.

3. Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами.

Вариант 10.

1. Роль магнитных потоков рассеяния в трансформаторе.

2. Практическое определение параметров схемы замещения трансформаторов.

3. Понятие в регулировании напряжения трансформатора при нагрузке.

Задание № 2.1

Для местного освещения рабочих мест в целях безопасности применили лампы накаливания пониженного напряжения (12, 24, 36 В). Их питание осуществили от понижающего однофазного трансформатора номинальной мощностью S_н, работающего с коэффициентом нагрузки k_н. Номинальные напряжения обмоток составляют U_1н и U_2н; рабочие токи в обмотках равны и . Коэффициент трансформации равен К.

К трансформатору присоединим лампы накаливания мощностью Р_л каждая в количестве п_л. Коэффициент мощности ламп равен cosφ₂=1,0. Потерями в трансформаторе можно пренебречь.

Используя данные для своего варианта, указанные в таблице, определить все неизвестные величины, отмеченные прочерками.

Таблица вариантов к задаче 2.1

Вариант	Sн, кВ·А	K1н, В	U1н, В	U2н, В	, А	, А	К	Рл, Вт	пл, шт.
	-	0,75		-	0,75	15,6	-	-
		-	-		-	-	31,7
	-	0,9	-		1,63		-		-
		0,8			-	-	-		-
		-	-	-	0,91	16,7	-
	-	0,8		-	3,15	-	10,6	-
	-	0,9	-		-	7,5	10,6		-
		-			0,6	-	-	-
		-			-	33,3	-		-
	-	0,8		-	-	18,7	-

Типовой пример

К однофазному трансформатору присоединим осветительную нагрузку общей мощностью Р₂=640 Вт. При этом коэффициент нагрузки составил k_н=0,8. Номинальные напряжения обмоток равны: U_1н=380В, U_2н=36 В, Определить номинальную мощность трансформатора и токи в его обмотках.

Решение

Номинальная мощность трансформатора определяется по формуле:

где поскольку осветительная нагрузка является активной. Отсюда

1. Находим номинальные токи в обмотках:

А;

А;

2. Точки в обмотках при заданном коэффициенте нагрузки

А;

А;

Задание 2.2

Для трехфазного трансформатора в таблицах 1,2 заданы тип и номинальные напряжения обмоток U_1н и U_2н. Определить параметры схемы замещения R₁; R₂; Х₁; Х₂; R₀₁; Х₀ и начертить ее. Соединения обмоток звезда-звезда.

Таблица1 Исходные данные

Вариант	Тип трансфор-матора	U1н, кВ	U2н, кВ	Вариант	Тип трансфор-матора	U1н, кВ	U2н, кВ
	ТМ-630/10		0,4		ТМ-400/10		0,4
	ТМ-160/10		0,4		ТМ-1000/35		0,4
	ТМ-250/10		0,4		ТМ-1600/10		0,69
	ТМ-400/10		0,69		ТМ-630/10		0,69
	ТМ-100/10		0,4		ТМ-1000/10		0,4

Таблица 2 Технические данные трехфазных двухобмоточных трансформаторов

Тип трансфор-матора	Номи-нальная мощ-ность, кВ·А	Верхний предел номинального напряжения обмоток, кВ	Потери мощности, кВт	Ток холостого хода Iо, %	Напря-жение корот-кого замыка-ния Uк, %
ВН	НН	Холос-того хода Рон	Короткого замыкания Ркн
ТМ-100/10			0,4	0,365	2,27	2,6	4,5
ТМ-160/10			0,4; 0,69	0,54	3,1	2,4	4,5
ТМ-250/10			0,4	1,05	4,2	3,68	4,5
ТМ-400/10			0,4; 0,69	1,35	5,9	2,1	6,5
ТМ-630/10			0,4; 0,69	1,68	8,5	3,0	5,5
ТМ-1000/10			0,4; 0,69	2,45	11,6	2,8	5,5
ТМ-1000/35			0,4; 10,5	2,75	11,6	1,5	6,5
ТМ-1600/10			0,4; 0,69	3,3	18,0	1,3	5,5
ТМ-1600/35			0,69; 10,5	3,35	18,0	1,4	6,5
ТМ-2500/10			0,4; 0,69	4,6	23,5	1,0	5,5
ТМ-2500/35			0,69; 10,5	5,1	23,5	1,1	6,5
ТМ-4000/35			10,5	6,7	34,77	1,3	7,5

Типовой пример

Для трехфазного трансформатора ТМ-400/10 с номинальными напряжениями обмоток U_1н=10 кВ и U_2н=0,4 кВ. Определить параметры схемы замещения. Номинальная мощность трансформатора 400 кВ·А. Первичная и вторичная обмотки соединены в звезду.

Решение

1. Из таблицы 3 для трансформатора ТМ-400/10 с номинальными напряжениями обмоток U_1н=10 кВ и U_2н=0,4 кВ принимаем следующие величины: ток холостого хода ; потери холостого хода Р_он=1,35 кВт; потери короткого замыкания Р_кн=5,9 кВт; напряжение короткого замыкания U_к=6,5%.

2. Параметры схемы замещения из опыта холостого хода:

I_1н=

Коэффициент мощности при холостом ходе

СОSφ_о=

Параметры ветви намагничивания (на одну фазу):

Ом;

Ом;

Ом.

3. Параметры схемы замещения из опыта короткого замыкания:

а) напряжение короткого замыкания в вольтах (на фазу)

В;

б) сопротивление схемы короткого замыкания

Ом,

так как

то

Ом

Ом

Значение Z_к и R_к приводит к рабочей температуре +75⁰C:

Ом

Ом

Сопротивления схемы замещения будут равны

Ом

Ом

Задание № 2.3

Расшифровать марки трансформаторов

Вариант №	Марка трансформатора
	АТДЦТН-240000/330/220-У1
	ОРЦ-417000/750/20-20-У1
	ТРДЦН-63000/220/6,3-6,3-У1
	АОДЦТН-417000/750/330-У1
	ТДЦ-250000/330/15,75-У1
	ТРДНС-40000/220/6,3-6,3-У1
	АОДЦТН-167000/500/330-У1
	ТНЦ-630000/220/24-У1
	ТРДНС-40000/20/6,3-6,3-У1
	АТДЦТН -125000/220/110-У1

Задания на контрольную работу№2

и методические указания к решению задач

Задача № 1.

Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора по данным, приведенным в таблице 1. Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась ν– я высшая гармоническая составляющая в кривой индуцированной ЭДС обмотки. Соединение катушечных групп последовательное, катушки одновитковые. Обмотки соединить звездой.

Таблица 1. Исходные данные

Величины	Варианты
Число пазов, Z
Число полюсов, 2р
Гармоника

1. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ.

Выполнение трехфазной двухслойной обмотки рассмотрим на конкретном примере. Примем число фаз m = 3, число полюсов 2р = 4; число пазов Z = 24. Выбрать укорочение шага обмотки, чтобы уничтожалась 5 гармоника в кривой ЭДС обмотки.

4.1 Число пазов на полюс и фазу

q = = = 2

4.2. Угол сдвига векторов ЭДС между соседними пазами

γ = = = 30

4.3. Полюсное деление

τ = = = 6

4.4. Выбираем шаг обмотки у = 6 = 5

4.5. Строим звезду пазовых ЭДС.

Каждым вектором будем изображать ЭДС катушки. Векторы будем изображать цифрами (как и сами катушки) совпадающими с номером паза, в котором сторона катушки лежит в верхнем слое. ЭДС в соседних катушках изображена на Рисунке 1 в виде двойной звезды.

Соответственно числу пазов обмотка состоит из 24 катушек, по 8 катушек на фазу. Эти катушки располагаются так, чтобы под каждым полюсом их было одинаковое число, равное q и они лежали рядом, образуя катушечные группы. Необходимо также, чтобы ЭДС катушечных групп были бы одинаковы по величине и совпадали бы по фазе или находились бы в противофазе. Исходя из этих соображений в фазу А – х включаются катушки 1-2, 7-8, 13-14, 19-20. Фаза В должна быть сдвинута в пространстве на 120 , а фаза С – на 240 .

Рисунок 1. Звезда пазовых ЭДС

Так как все катушки одинаковы, то вначале можно изобразить их на развернутой схеме, а затем объединить в катушечные группы, которых будет 12, по 4 группы в каждой фазе, как это показано на рисунке 2. Все катушечные группы фазы А соединим последовательно. При этом группы 4 и 10 «вывернуты» по отношению к группам 1 и 7, чтобы ЭДС этих групп фазы складывались друг с другом.

Аналогично соединяются катушечные группы в других фазах, с учетом того, что фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 электрических градусов.

Число катушечных групп в каждой фазе двухслойной обмотки равно 2р. ЭДС всех групп равны по величине.

Рисунок 2. Развернутая схема трехфазной двухслойной обмотки статора с укороченным шагом.

Более подробно с трехфазными двухслойными обмотками с целым числом пазов на полюс и фазу необходимо ознакомиться в рекомендуемой литературе [1] §8.1.

Задача № 2.

Для асинхронного двигателя серии 4А, сведения о котором приведены в таблице 3, определить: синхронную частоту вращения; активную мощность, потребляемую из сети; номинальный и пусковой токи; число пар полюсов и номинальное скольжение; номинальный, пусковой и максимальный моменты; суммарные потери в двигателе. Расшифровать условное обозначение двигателя. На сколько процентов уменьшается пусковой и максимальный моменты при снижении напряжения в сети на 15 %. Тип двигателя задан в таблице 2. в соответствии с номером варианта. Напряжение сети 380 В.

Таблица 2

Вариант	Тип двигателя	Вариант	Тип двигателя
	4А132М4У3		4А160М6У3
	4А180М2У3		4А180М4У3
	4А200L2У3		4А132М2У3
	4А112М6У3		4А250М4У3
	4А250S4У3		4А200М4У3