Потери в асинхронном двигателе

Билет № 1.

1)расчет цепи постоянного тока методом суперпозиции

Суть метода: ток в какой-либо ветви можно рассматривать как алгебраическую сумму токов от всех источников, содержащихся в данной цепи, независимо друг от друга.

при Е2=0 : I1' = E1 / (R1+(R2*R3)/(R2+R3))

При Е1=0 : I2" = E2 / (R2+(R1*R3)/(R1+R3))

I1"= -I2" / 2

I1 = I1' - I1"

In = In' + In"

I2 = I2" - I2'

2)методы регулировки скорости трехфазного асинхронного двигателя

Способ при котором изменяют частоту питающего напряжения, подаваемого на статорную обмотку двигателя, путем подачи импульсов управляющего напряжения на тиристоры трех реверсивных преобразователей:

При этом импульсы управляющего напряжения подают раздельно на тиристоры выпрямительного моста, либо на тиристоры инверторного моста каждого реверсивного преобразователя.

Причем подачу импульсов управляющего напряжения на мостовые реверсивные преобразователи осуществляют совместно, т.е. импульсы управляющего напряжения подают и на выпрямительный и на инверторный мосты с согласованием моментов времени подачи их на соответствующие тиристоры. При этом импульсы управляющего напряжения соответствующих групп тиристоров трех реверсивных преобразователей должны быть сдвинуты на угол 2/3 по преобразовательной технике.

При этом импульсы управляющего напряжения на три выпрямительных моста реверсивных преобразователей подают поочередно; сначала на тиристоры первого выпрямительного моста, затем через интервал времени на тиристоры второго выпрямительного моста и через некоторый интервал - на тиристоры третьего выпрямительного моста, после чего цикл подачи импульсов управляющего напряжения на выпрямительные мосты повторяют.

Билет № 2.

1)анализ трехфазной цепи с нессиметричным приемником при соединении "звездой"

Особенностью электрической цепи при несимметричной нагрузке является то, что она должна иметь обязательно нейтральный провод. Объясняется это тем, что при его отсутствии значения фазных напряжений приемников существенно зависят от значений и характера сопротивлений приемников различных фаз. Поскольку последние могут изменяться в широких пределах при изменении числа включенных приемников, существенно могут изменяться и фазные напряжения. На одних приемниках напряжение может оказаться значительно больше, а на других — меньше того напряжения, на которое рассчитаны приемники.Для повышения надежности соединения приемников с источником с помощью нейтрального провода в цепи последнего не ставят выключателей и даже защитных устройств, например предохранителей.Фазные токи, углы сдвига фаз между фазными напряжениями и токами, а также фазные мощности при несимметричной нагрузке в цепи с нейтральным проводом будут в общем случае различными.

2)напряжение приложенное к катушке с сердечником и частота увеличиваются так что U/f = const. Как изменится при этом амплитуда магнитного потока и потери мощности в стали магнитопровода?

P стали = P вихревое + Р гистерезиса + Р дополнительные

P вихревое = Кв * (f в кдвадрате) * (В в квадрате) * G

P гистерезиса = Kг * f * (В в степени n) * G , где n=1,8....2,2

Отсюда видим что при увеличении частоты, потери мощности увеличиваются.

Фм = U / 4.44 * W * f

Отсюда видим что при увеличении частоты и напряжения, амплитуда магнитного потока не изменится.

Билет № 3.

1)Метод контурных токов

Метод контурных токов можно применить для расчета сложных электрических цепей, имеющих больше двух узловых точек.Сущность метода контурных токов заключается в предположении, что в каждом контуре проходит свой ток (контурный ток). Тогда на общих участках, расположенных на границе двух соседних контуров, будет протекать ток, равный алгебраической сумме токов этих контуров.

2)тормозные свойства двигателей постоянного тока

Режим противовключения. Режим противовключения представляет собой режим, в котором якорь двигателя под действием внешнего момента либо запаса кинетической энергии вращается в направлении, противоположном тому, в котором он должен был бы вращаться при данной схеме его включения в двигательном режиме (или вхолостую).

Режим динамического торможения. Режим динамического торможения возникает при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор, называемый резистором динамического торможения.

Генераторный режим с отдачей энергии в сеть. Генераторным режимом с отдачей энергии в сеть называется режим, в котором двигатель под действием внешнего момента либо запаса кинетической энергии вращается с частотой, большей частоты вращения холостого хода (n > n0), в том же направлении, в котором он должен был бы вращаться при данной схеме его включения в двигательном режиме (или вхолостую).

Билет № 4.

1)анализ электрической цепи переменного тока с реальной индуктивной катушкой без сердечника

2)Рассматривая вопрос о потерях мощности в асинхронном двигателе обычно не учитывают магнитные потери в сердечике ротора. почему магнитные потери в сердечнике статора учитывают а в сердечнике ротора нет?

Потери в стали имеются и в сердечнике ротора асинхронного двигателя, но они невелики и могут не приниматься во внимание. Это объясняется тем, что скорость вращения магнитного потока относительно статора n0 во много раз больше скорости вращения магнитного потока относительно ротора n0 - n, если скорость вращения ротора асинхронного двигателя n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Билет № 5

1)расчет трехфазных нессиметричных цепей при соединениее звездой

Нагрузка несимметричная, R_A< R_B = R_C, но сопротивление нейтрального провода равно нулю: Z_N = 0. Напряжение смещения нейтрали :

Фазные напряжения нагрузки и генератора одинаковы

Фазные токи определяются по формулам

2)особенности двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

Механические характеристики рассматриваемого двигателя являются мягкими и имеют гиперболический характер. При малых нагрузках частота вращения резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет в «разнос»). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода или при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.). Только двигатели малой мощности (десятки ватт) используют для работы в устройствах, где возможен холостой ход. Применение ременной передачи или фрикционной муфты для включения недопустимо.Такие двигатели лучше переносят перегрузки.

Билет № 6.

1)анализ цепей постоянного тока с помощью законов кирхгофа

Законы Кирхгофа — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической цепи выделяются узлы — точки соединения трёх и более проводников и контуры — замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может входить в несколько контуров.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю.

Второй закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.

2)Как изменятся потери в стали сердечника и потери в обмотках трансформатора с ростом нагрузки U=const

Увеличение нагрузки трансформатора сопровождается увеличением токов I2 и I1, что приводит к увеличению падения напряжения в обмотках трансформатора.Потери в стали сердечника не изменятся,так как не изменится напряжение.

Билет № 7

1)Анализ трехфазной цепи про соединении звездой при обрыве фазы и коротком замыкании.

1. При обрыве фазы А , работа нагрузкой не совершается, а остальные нагрузки ( ) свои режимы работы не изменят .

Если нагрузки связаны и является одним целым, то этот режим будет аварийным. Так, если эта нагрузка – асинхронный двигатель, то он будет в аварийном режиме и нулевой провод будет нагружен дополнительно (рис. 3.13):

2. При коротком замыкании фазы А и обрыве нуля напряжение этой фазы равно нулю:

Нагрузка фазы В увеличится в раз:

Аналогично и в фазе С:

будет увеличен по отношению к исходному в раз.

Билет 7

2)Основные уравнения описывающие работу двигателя постоянного тока

Билет №8

1.Основные параметры синусоидального переменного тока:действ.Эдс,напряж.,токов.

1/T=f w=2*пи*f

Билет №8

2) Векторная диаграмма катушки с магнитопроводом,включенной в цепь синусоидального тока.

Билет №9

1)Расчет параллел. Цепей переменного тока, треугольник токов и проводимостей, резонанс токов.

Таким образом ток потребляемый от источника синусоидального напряж. Состоит из трех синусоид 1 синусоида совпадает по фазе с напряж.; ток в катушке индук. Будет отставать на угол пи/2(90); ток3будет опережать на угол пи/2(90)

Билет №9

Резонанс токов:

Если индуктивность и емкость включить параллельно друг другу и эту цепь подключить к зажимам генератора так, как показано на рис. 3-16, то при равенстве их реак­тивных сопротивлений, т. е. при Х_L = Х_С в этой цепи полу­чается резонанс токов.

Равенство сопротивлений X_L и Х_С приводит к равенству токов, проходящих в обеих вет­вях, но поскольку эти токи (в связи со сдвигом фаз) имеют в каждый момент противоположное направление, резуль­тирующий общий ток, потреб­ляемый от источника, будет ра­вен их разности. Если бы эле­менты рассматриваемой цепи не обладали активными сопротивлениями, то результирующий ток I₀ = I_L - Iс равнялся бы нулю, т. е. от источника ток не потреб­лялся бы вовсе. Наличие активных потерь не дает полной взаимной компенсации токов I_L и Ic поэтому ток I₀ не равен нулю, хотя и может бытьочень мал и зна­чительно меньше токов в каждой из ветвей.

резонанс токов характеризуется увеличением токов в ветвях цепи. характерен тем, что сдвиг фаз между током и напряжением в общей цепи равен нулю R_экв = L/CR

где R - в Ом, L- в Гн и С - в Ф.

при резонансе токов сопротивление контура получается наибольшим из всех возможных его значений.

Билет №9

2) Почему потери в сердечнике трансформатора называют потерями холостого хода, а потери в обмотках потерями короткого замыкания.

Потери в стали трансформатора определяются с помощью опыта холостого хода. То есть ко вторичной обмотке двух обмоточного трансформатора нагрузка не подключена. Особенность этих потерь в том, что они не зависят от режима нагрузки трансформатора. То есть ток холостого хода делиться на две составляющие. Первая идет на создания магнитного потока пронизывающего вторичную обмотку. А вторая расходуется на потери в стали. Эти потери обусловлены вихревыми токами в сердечнике. А также энергия расходуется на гистерезис.

Не зависимо от того как меняется нагрузка трансформатора магнитный поток остается неизменным. А, следовательно, не меняется и намагничивающий ток. Потери же в сердечнике также неизменны, так как они зависят от марки стали, из которой изготовлен сердечник.
Электрические потери определяются с помощью опыта короткого замыкания. Для этого к первичной обмотке трансформатора подводят пониженное напряжение. Величина этого напряжения выбирается исходя из того что. При коротком замыкании во вторичной обмотке, в первичной протекал ток номинального значения, для данного трансформатора. Следовательно, токи не превысят номинальные и повреждение трансформатора при этом не произойдет.

Потери при коротком замыкании.

В этом случае вся энергия расходуется на покрытие потерь в обмотках. Так как напряжение на первичной обмотке мало, то индукция значительно ниже номинального значения и, следовательно, потерями в сердечнике можно пренебречь.

Потери в обмотках зависят от режима нагрузки трансформатора. Чем больше нагрузка, тем выше токи, текущие в проводе, следовательно, и потери также будут выше.

Существует еще один вид потерь. Они вызваны полями рассеяния обмоток. Это поле пронизывает детали конструкции трансформатора корпус устройства или крепёжные элементы. При этом в них возникают вихревые токи нагревающие их.

Билет №10

1)Анализ цепи переменного тока ,содержащей идеальную индуктивность.

Билет №10

2) Векторная диаграмма трансформатора в режиме нагрузки.

Векторная диаграмма а рис. 14 соответствует активно-индуктивной нагрузке, а векторная диаграмма б - активно-емкостной нагрузке.

Билет 11

1)Расчет цепей с паралл. Соединением R L C

Таким образом ток потребляемый от источника синусоидального напряж. Состоит из трех синусоид 1 синусоида совпадает по фазе с напряж.; ток в катушке индук. Будет отставать на угол пи/2(90); ток3будет опережать на угол пи/2(90).

2)Пусковой ток пропорционален напряжению сети.Почему?

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места

Билет 12

1)Режимы работы источников электрической энергии.

2)Автотрансформаторы.

БИЛЕТ 13

1 ВОПРОС МЕТОД ДВУХ УЗЛОВ ПРИ РАСЧЁТЕ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Билет 14 1 вопрос

1.5 Метод эквивалентного генератора (метод эквивалентного источника ЭДС)

Метод эквивалентного генератора основан на теореме об эквивалентном источнике (теорема Тевенена) – активном двухполюснике.

Теорема Тевенена для линейных электрических цепей утверждает, что любая электрическая цепь, имеющая два вывода и состоящая из комбинации источников напряжения, источников тока и резисторов (сопротивлений), с электрической точки зрения эквивалентна цепи с одним источником напряжения E и одним резистором R, соединенными последовательно.

В методе эквивалентного генератора (метод эквивалентного источника ЭДС) сложную разветвленную схему рассматривают как активный двухполюсник по отношению к ветви R с искомым током I, который определяют по выражению

I = E_ЭГ/ (R_ЭГ + R),

где

E_ЭГ = U_хх – ЭДС эквивалентного генератора равная напряжению холостого хода между зажимами подключенного пассивного элемента R в ветви с искомым током;

R_ЭГ = R_вх – сопротивление эквивалентного генератора равное входному сопротивлению пассивного двухполюсника относительно разомкнутых зажимов.

Билет 14 2 вопрос

Билет 15 1 вопрос

продолжение

1 вопрос билет 15 продолжение

Билет 16 2 вопрос

Билет 17 1 вопрос

Билет 18 1 вопрос

Вопрос 2 билет18

Билет 19

1.Резонансные режимы работы приемников однофазного переменного тока

Режимы:

U_R=I_рез*R=U

U_XL=X_L*I_рез=X_i*U\R

U_C=X_C*I_рез=X_C*U\R

2. Для соединения электродвигателя с рабочей машиной применяют различные механические передачи (зубчатый редуктор, ременная передача и др.). Почему не применяют ременную передачу для соединения рабочей машины с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения?

При ненасыщенной магнитной цепи механическая характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением носит гиперболический характер. С введением дополнительного сопротивления RP в цепь якоря механическая характеристика еще больше становится мягкой. Такой двигатель хорошо преодолевает перегрузки и меньше загружает сеть током, чем двигатель с параллельным возбуждением, так как при увеличении нагрузки угловая скорость снижается. Однако при малых нагрузках угловая скорость его стремительно нарастает и при холостом ходе, когда ток и поток близки к нулю, она может достичь недопустимо больших значений, что приведет к повреждению двигателя (двигатель идет «вразнос»). Поэтому запрещается соединять двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с рабочей машиной посредством ременной передачи.

Билет 20

1. Треугольники напряжений, токов, сопротивлений и проводимостей.

ТРЕУГОЛЬНИК НАПРЯЖЕНИЙ - графическое изображение активного Ua, реактивного Ul и входного Uвх напряжений в цепи переменного тока с активным сопротивлением и индуктивностью.

Угол сдвига фаз между напряжением и током определяется из треугольника через

cos ф = Ua/U или tg ф = Ul/Ua .

Треугольник сопротивлений

Рассмотрим цепь, активное сопротивление элементов которой r, индуктивность L и емкость С.

_____________ _________

Полное сопротивление такой цепи z = √r^2+ (хl - xc)^2) = √(r^2 + x^2)

Графически это выражение можно изобразить в виде, так называемого, треугольника сопротивлений.

Гипотенуза треугольника сопротивлений изображает полное сопротивление цепи, катеты — активное и реактивное сопротивления.

Если одно из сопротивлений цепи - (активное или реактивное), например, в 10 и более раз меньше другого, то меньшим можно пренебречь, в чем легко убедиться непосредственным расчетом.

В треугольнике сопротивления, показанном отдельно на фиг. 156, все стороны обозначают сопротивления, причем гипотенуза его является полным или кажущимся сопротивлением цепи.

Из треугольника сопротивлений видно, что полное или кажущееся сопротивление z равно геометрической сумме активного r и индуктивного xL сопротивлений.

Применяя теорему Пифагора к треугольнику

2. Изменится ли амплитуда магнитного потока и ЭДС в катушке с магнитопроводом,

если увеличить частоту с неизменном напряжении?

По второму закону Кирхгофа имеем -Ē=Ū. Как видно, ЭД С численно равна напряжению сети. Поэтому при неизменном напряжении на катушке, ЭДС не изменится. Число витков катушки w, ЭДС Е, частота тока f и амплитуда магнитного потока Ф_mсвязаны между собой соотношением U=E=4,44 fwФ_m, из которого следует, что амплитуда потока с увеличением частоты уменьшится.

Билет 21

1. Комплексный метод расчета цепей переменного тока.

2. Однофазный двигатель переменного тока.

Чаще всего однофазные двигатели выпускаются на небольшие мощности (менее 0,5 кВт) и применяются в вентиляторах, холодильниках, стиральных машинах и пр. На статоре однофазного двигателя размещается однофазная обмотка, которая занимает 2/3 полюсного деления и называется рабочей. Ротор такого двигателя имеет многофазную короткозамкнутую обмотку в виде беличьей клетки, как и у трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Билет 22

1. Причины нагрева магнитопровода в цепях переменного тока.

Цилиндрическая катушка с ферромагнитным сердечником, образуют магнитопровод. При подключении катушки к источнику переменного тока в электрической цепи и в магнитопроводе возникают физические явления, принципиально отличающиеся от наблюдаемых на постоянном токе. Прежде всего, это относится к явлениям в магнитопроводе, состояние которого при переменной МДС характеризуется бесконечным множеством точек, образующих петлю

гистерезиса, в то время как при постоянном токе состояние ферромагнетика

определялось одной рабочей точкой.

Потери, связанные с перемагничиванием, называются потерями от гистерезиса. Это название отражает то обстоятельство, что при отсутствии явления гистерезиса потери на перемагничивание будут нулевыми, т.к. нулевой будет площадь гистерезисной петли. Энергия, затрачиваемая на перемагничивание, выделяется в материале сердечника в виде тепла.

2. Какие потери имеют место в двигателях переменного тока и как определить его КПД

Потери в асинхронном двигателе

В обмотку статора из сети поступает мощность P1. Часть этой мощности идет на потери в стали Pсl, а также потери в обмотке статора Рэ1:

Оставшаяся мощность посредством магнитного потока передается на ротор и называется электромагнитной мощностью:

Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора:

Оставшаяся мощность преобразуется в механическую, получившую название полной механической мощности:

Р2‘ = Рэм - Рэ2

Воспользовавшись ранее полученной формулой

запишем выражение полной механической мощности:

тогда

Рэ2 = SРэм,

то есть мощность электрических потерь пропорциональна скольжению.

Мощность на валу асинхронного двигателя P2 меньше полной механической мощности Р2’ на величину механических Рмех и добавочных Рдоб потерь:

Р2 = Р2’ – (Рмех + Рдоб)

Таким образом:

Р2 = Р1 - SP,

где SP = Pсl + Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рдоб.

КПД асинхронного двигателя

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя есть отношение мощности на валу P2 к потребляемой мощности P1:

Билет 23

1.Почему в нейтральный провод трехфазной нагрузки, соединенной «звездой», нельзя включать предохранитель?

В цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

2.Как изменятся потери в стали сердечника и потери в обмотке трансформатора с ростом нагрузки (U₁= const)?

Потери в обмотке увеличатся, а в сердечнике не изменятся, когда увелич нагрузку - ток I₂ увелич - значит больше потери в обмотках, а потери в сердечнике зависят от тока холостого хода и не зависят от нагрузки.

Билет 24

1. Как определить линейные токи по известным фазным токам, при соединении нагрузки «Треугольником»?

2. По каким причинам возникают потери энергии в стальном сердечнике катушки?

При прохождении переменного тока по соленоиду со стальным сердечником, кроме потерь мощности и энергии на нагревание проводов, возникают дополнительные потери в стальном сердечнике. Это обстоятельство весьма существенно, так как почти все электрические машины - генераторы и двигатели, трансформаторы и т. д. - представпяют собой в той или иной мере катушки из проводов, намотанных на стальные сердечники.

Дополнительные потери в стали разделяются на два вида: потери от вихревых токов и потери на гистерезис. Если какой-либо массивный проводник находится в переменном магнитном поле, то в самой его толще возникают замыкающиеся по кругу вихревые токи, которые нагревают этот проводник и тем самым вызывают дополнительные потери. Эти потери будут тем больше, чем больше поперечное сечение массивного проводника.

Для уменьшения потерь на вихревые токи стальные сердечники электрических машин выполняются не из массивной стали, а из стальных листов толщиной 0,35-0,5 мм, изолируемых друг от друга или слоем лака, или тонкими бумажными листами.

Потери на гистерезис связаны с тем, что при прохождении по катушке (соленоиду) переменного тока происходит перемаг-ничивание стали сердечника и на это затрачивается некоторое количество энергии. Внешним выражением затраты энергии на перемагничивание является нагрев стали.

С целью уменьшения потерь на гистерезис для изготовления сердечников электрических машин применяются только специальные сорта стали, обладающие соответствующими магнитными свойствами и носящие название электротехнической стали. Сумма потерь на гистерезис и вихревые токи при работе электрических машин и трансформаторов называется потерями в стали.

Билет № 25.

1) как изменится мощность всей трехфазной цепи и линейные токи при переключении одной и той же симметричной нагрузки с треугольника на звезду

При анализе трехфазных цепей удобно пользоваться линейными значениями напряжений и токов. Так как при соединении звездой U_Ф = U_Л/√ 3 и I_Ф=I_{Л ,}

а при соединении треугольником U_Ф = U_Л и I_Ф=I_Л/√ 3,

То независимо от схемы соединения фаз приемника активная мощность при симметричной нагрузке определяется одной и той же формулой P =√ 3U_ЛI_Лcosφ_Ф

Так как при соединении звездой U_Ф=U_Л/√3,то линейный ток при этом соединении I_Л=U_Л/√ 3z_.

При соединении треугольником на основании закона Ома I_Ф=U_Л/z_Ф, но линейный ток треугольника I_Л=√3I_Ф, следовательно, I_Л=√3U_Л/z_Ф

В результате уменьшения линейного тока при переключении с треугольника на звезду эта мощность уменьшается в 3 раза.

2)Особенности сварочных трансформаторов

Сварочный трансформатор — специальный понижающий трансформатор, используемый для питания сварочной дуги, который одновременно с основной функцией выполняет роль регулируемого реактивного сопротивления, необходимого для устойчивого сварочного процесса. Важнейшей номинальной величиной сварочного трансформатора является диапазон регулирования.

В отличие от силовых сварочные трансформаторы работают в режиме меняющихся напряжений и тока и рассчитаны на кратковременные короткие замыкания сети.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Если при разомкнутой вторичной обмотке W2 к первичной обмотке приложить напряжение, по ней потечет ток холостого хода, создающий намагничивающую силу и основной магнитный поток, замыкающийся практически только по сердечнику, поскольку магнитная проницаемость электротехнической стали несоизмеримо больше, чем воздуха. Если к зажимам вторичной обмотки подключить нагрузку, по ней потечет ток и намагничивающая сила создаст поток, который согласно правилу Ленца будет направлен навстречу основному потоку.

Билет № 26.

1)напишите выражение для линейного тока трехфазного приемника соединенного треугольником через его фазные токи в общем случае

2) от чего зависит частота вращения магнитного поля статора и как практически можно её изменить

Много фазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту рассчитывается по формуле: n1=60f1/p , где: n- частота вращения магнитного поля статора; f — частота тока в сети; р — число пар полюсов.