Практическое занятие 4. Расчет трехфазного трансформатора

Задача

Для трехфазного трансформатора, параметры которого приведены ниже, определить: коэффициент мощности холостого хода cosφ₀ ; коэффициент мощности cosφпри нагрузках β = 0,7 и cosφ₂=1, β = 0,7 и cosφ₂=0,75.

Построить внешнюю характеристику трансформатора U₂=f₁(β) и зависимость к.п.д. от нагрузки η=f₂(β) для cosφ₂=0,75.

Параметры трансформатора:

· группа соединения обмоток Y/Y-0;

· номинальная мощность S_ном=63 кВА;

· номинальное напряжение первичной обмотки U_1ном=20000 В;

· напряжение холостого ода U₂₀=230 В;

· ток холостого хода i₀=2,8%;

· напряжение короткого замыкания u_к=4,7%;

· потери короткого замыкания P_к=1470 Вт;

· потери холостого хода P₀=260 Вт.

Решение

Определяем номинальный ток первичной обмотки:

А.

Находим ток холостого хода и коэффициент мощности в режиме холостого хода

А;

;

.

Угол магнитных потерь:

.

Сопротивления короткого замыкания:

Ом;

Ом;

Ом.

Сопротивления первичной обмотки:

Ом;

Ом.

Сопротивления вторичной обмотки:

Ом;

Ом,

где – коэффициент трансформации.

Сопротивления намагничивающей цепи:

Ом;

Ом;

Ом.

Для построения внешней характеристики находим потери напряжения во вторичной обмотке трансформатора:

,

где , – соответственно активное и реактивное падения напряжения:

;

.

Определим также

.

Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора определятся по формуле .

Для построения зависимости при расчет проводится по формуле .

Задаваясь различными значениями коэффициента нагрузки , определяется падение напряжения во вторичной обмотке трансформатора и на зажимах вторичной обмотки и коэффициент полезного действия трансформатора. Результаты расчетов сводятся в таблицу 26 и по ним строятся зависимости (рисунок 25) и (рисунок 26).

Таблица 26

	, %	, В
0,00	0,00	230,00	0,000
0,01	0,04	229,90	0,645
0,05	0,22	229,49	0,900
0,10	0,45	228,97	0,945
0,20	0,89	227,95	0,967
0,30	1,34	226,92	0,973
0,40	1,78	225,90	0,974
0,42	1,87	225,69	0,974
0,50	2,23	224,87	0,974
0,60	2,67	223,85	0,973
0,70	3,12	222,82	0,971
0,80	3,57	221,80	0,969
0,90	4,01	220,77	0,967
1,00	4,46	219,75	0,965

Трансформатор имеет максимальный к.п.д. при коэффициенте нагрузки ; .

Рисунок 25 - Внешняя характеристика трансформатора

Рисунок 26 – Зависимость коэффициента полезного действия трансформатора от его нагрузки

Практическое занятие 5. Определение параметров и построение характеристик асинхронного двигателя

Задача

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, с номинальной мощностью Р_н=55 кВт, включен в сеть под номинальное напряжение U_н=380 В, с частотой f=50 Гц. Определить: номинальный Iн и пусковой I_п токи; номинальный М_н , пусковой М_п и максимальный М_м моменты; полные потери в двигателе при номинальной нагрузке ΔР_н. Построить механические характеристики М=f(s) и n=f(М). Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15% и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой?

Паспортные данные асинхронного двигателя:

· номинальное скольжение =3,0%;

· номинальный коэффициент полезного действия =0,925;

· номинальный коэффициент мощности =0,92;

· число пар полюсов =2;

· кратность максимального момента =2;

· кратность пускового момента =1,1;

· кратность пускового тока =9.

Решение

Частота вращения магнитного поля об/мин.

Число оборотов ротора при номинальной нагрузке

об/мин.

Номинальный ток определяем по формуле

А.

Пусковой ток А.

Номинальный момент, развиваемый двигателем

Н∙м.

Пусковой момент будет равен Н∙м.

Максимальный момент Н∙м.

Мощность, потребляемая двигателем из сети: кВт.

Полные потери в двигателе составляю разность между потребляемой и номинальной мощностью кВт.

Критическое скольжение определим по формуле:

,

где .

Для построения механической характеристики вращающий момент рассчитываем по формуле:

.

Соответствующую моменту частоту вращения двигателя находим по формуле .

В результате получается таблица 27 значений для построения механической характеристики:

Таблица 27

s	M, Н∙м	n, об/мин
0,05	537,52
0,112	722,00
0,2	615,59
0,3	473,15
0,4	374,93
0,5	308,00
0,6	260,47
0,7	225,27
0,8	198,27
0,9	176,96
	159,72

Тогда механические характеристики двигателя будут иметь вид рисунков 27 и 28.

Рисунок 27 - Механическая характеристика асинхронного электродвигателя n=f(М)

Рисунок 28 - Механическая характеристика асинхронного электродвигателя М=f(s)

При снижении напряжения в сети на 15% на выводах двигателя остается напряжение . Так как момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, то

.

Таким образом, пусковой момент при новых условиях работы будет равен Н∙м.

При этом получаем Н∙м. Следовательно, пуск двигателя в данных условиях не возможен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В связи с модернизацией российского образования, при сокращении учебной нагрузки, усилении личностного и деятельного компонентов изменяется и методика преподавания. Повысить эффективность образовательного процесса можно с помощью применения инновационных педагогических технологий. В основе новой парадигмы образования лежит идея гуманизации образования, которая выражается в целях, средствах и формах организации учебного процесса. В соответствии с новой парадигмой наукоёмкие технологии образования опираются на системно-деятельностный подход.

В преподавании дисциплины «Электротехника и электропривод» используются следующие формы:

· лекции; практические и лабораторные занятия, в рамках которых решаются задачи, обсуждаются вопросы лекций и домашних заданий; проводятся ролевые игры, контрольные работы;

· экспресс-диагностика и тестирование по отдельным темам дисциплины;

· самостоятельная работа студентов, включающая самостоятельное освоение теоретического материала, выполнение домашних заданий и подготовка к их защите; подготовка к лабораторным работам, оформление отчетов по ним, подготовка к их защите; подготовка к текущему контролю знаний и к промежуточным аттестациям;

· рейтинговая технология контроля учебной деятельности студентов для обеспечения их ритмичной работы в течение семестра

· консультирование студентов по вопросам учебного материала, решения задач.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

6.1. Задания к контрольной работе

Контрольная работа включает в себя пять задачи по следующим разделам курса: «Особенности анализа электрических цепей постоянного тока», «Расчет и анализ электрических цепей однофазного синусоидального тока», «Расчет и анализ электрических цепей трехфазного синусоидального тока», «Трансформаторы: классификация, устройство, принцип действия, область применения», «Электрические машины переменного тока. Устройство, принцип действия, область применения. Синхронные и асинхронные машины».

Вариант задания выбирается в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Если номер зачетной книжки оканчивается на цифры от 01 до 50, то номер варианта равен этим двум последним цифрам. Если две последние цифры номера зачетной книжки от 51 до 99, то номер варианта определяется как остаток от деления двух последний цифр на 50. Если две последние цифры номера зачетной книжки 00, то выполняется любой вариант на выбор студента. Например, если номер зачетной книжки 1200344, то выполняются заданий вариант 44. Если номер зачетной книжки 12012457, то выполняются задания варианта 07.