- •Электротехника и Электроника
- •Часть 1: Электрические цепи, трансформаторы, электрические машины
- •4 20075, Казань, к.Маркса 68
- •Тема 1. Исследование неразветленной цепи переменного тока. Резонанс напряжений
- •Вопрос 1. Нарисовать схему замещения электрической цепи. Объяснить какие процессы отражают элементы этой схемы.
- •Вопрос 2. Записать выражение для полного сопротивления, тока и коэффициента мощности при резонансе напряжений.
- •Вопрос 3. В чем заключается явление резонанса напряжений и при каких условиях оно возникает?
- •Вопрос 4. Изменением каких параметров электрической цепи (см. Рис.1) можно получить резонанс напряжений?
- •Вопрос 5. С помощью каких приборов и по какому признаку можно судить о возникновении резонанса напряжений в электрической цепи?
- •Вопрос 6: Провести анализ построенных векторных диаграмм до и после резонанса напряжений и объяснить, в каком случае входное напряжение опережает ток, а в каком – отстает от тока.
- •Вопрос7. По схеме замещения исследуемой цепи проанализируйте, к чему приведет изменение активного сопротивления электрической цепи при резонансе напряжений.
- •Вопрос8. Сохраняется ли резонанс напряжений, если изменить только напряжение питающей сети?
- •Вопрос9. Объяснить ход кривых полученных в этой работе.
- •Вопрос10. Какую опасность для электрических устройств представляет резонанс напряжений? Где используется резонанс напряжений?
- •Вопрос1. Как обозначаются зажимы трехфазного источника и приемника?
- •Вопрос2. Как соединяются электроприемники «звездой»?
- •Вопрос3. Какими уравнениями выражаются мгновенные значения фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке?
- •Вопрос4. В каком соотношении находятся линейные и фазные напряжения при симметричной нагрузке?
- •Вопрос5. Какой режим работы трехфазной цепи называют несимметричным?
- •Вопрос6. Для чего используется нейтральный провод?
- •Вопрос7. Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?
- •Вопрос8. Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?
- •Вопрос 9. К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?
- •Вопрос 10. Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?
- •Вопрос 11. А) Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети?
- •Мощность приемников при любом виде нагрузки
- •Контрольные вопросы
- •Вопрос 1: Где и с какой целью применяют катушки со стальным сердечником?
- •Вопрос 2. С какой целью магнитопроводы электротехнических устройств изготавливают из ферромагнитных материалов?
- •Вопрос 3. Объяснить характер изменения индуктивного и полного сопротивления катушки с сердечником от протекающего через неe тока.
- •Вопрос 4 . Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?
- •Вопрос 5 . Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.
- •Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?
- •Вопрос 7. Объяснить характер зависимостей ; ; ; .
- •Вопрос 1. Устройство и принцип действия трансформатора.
- •Вопрос 2. Записать и объяснить формулы эдс и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора
- •Вопрос 3. Что такое «коэффициент трансформации»?
- •Вопрос 4. Нарисовать и объяснить схему замещения нагруженного трансформатора.
- •Вопрос 5: Как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?
- •Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.
- •Вопрос 7: Как определяется кпд силовых трансформаторов?
- •Вопрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.
- •Контрольные вопросы
- •Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ответ 1 Двигатель состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора.
- •Вопрос 2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?
- •Вопрос 3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.
- •Вопрос 4. Как осуществить реверс двигателя?
- •Вопрос 5. Что такое режим идеального холостого хода в двигателе?
- •Вопрос 6. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя больше тока холостого хода трехфазного трансформатора такой же мощности?
- •Вопрос 7. Чему равно скольжение в номинальном, критическом, пусковом режимах и при холостом ходе?
- •Вопрос 8. Показать на механической характеристике основные режимы работы асинхронного двигателя.
- •Вопрос 9. Перечислить и объяснить основные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя.
- •Вопрос 10: в чем особенности пускового режима асинхронного двигателя?
- •Вопрос 11. Перечислить и сравнить различные способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
- •Вопрос 12: Объяснить особенности рабочих характеристик асинхронного двигателя.
- •Вопрос 13: Где используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором?
- •Вопрос 1. Объяснить устройство и принцип действия двигателя параллельного возбуждения.
- •Вопрос 1. Как классифицируются двигатели постоянного тока по способу возбуждения?
- •Вопрос 3. Как возникает электромагнитный момент двигателя?
- •Вопрос 4. Что такое реакция якоря и коммутация машины постоянного тока?
- •Вопрос 5. Объясните процесс пуска двигателя в ход.
- •Вопрос 6. Какими способами можно регулировать частоту вращения двигателя параллельного возбуждения и каковы преимущества и недостатки каждого из них?
- •Вопрос 7 .Объясните процесс саморегулирования двигателя.
- •Вопрос 8 . Как производится реверсирование двигателя?
- •Вопрос 9 Объясните характеристики двигателя: характеристику холостого хода , рабочие характеристики , , , , механическую и регулировочную .
- •Вопрос 10. Сделать оценку двигателя, укажите преимущества и недостатки двигателя параллельного возбуждения.
Вопрос 5 . Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.
Ответ 5. Схема замещения реальной катушки с сердечником представлена на рис.18. Она состоит из 4-х последовательно соединенных элементов: активного сопротивления обмотки катушки , индуктивного сопротивления рассеяния , индуктивного сопротивления , обусловленного основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику и активным сопротивлением , учитывающим потери в сердечнике (потери от вихревых токов и потери на перемагничивание сердечника при наличии гистерезиса).
Индуктивное сопротивление ХL0=ω·L0=ω·μr·L00, где L00 – индуктивность катушки без сердечника, μr относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость μr в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а, следовательно, и от тока в катушке. Это нелинейный элемент. Однако в случае отсутствия гистерезиса можно считать μr =const.
В этом случае уравнение электрического состояния катушки с сердечником можно представить в комплексной форме:
где É- комплекс эдс самоиндукции.
Вопрос 6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?
Рис.18
Ответ 6 Параметры этой схемы замещения определяются по следующим формулам: а) полное сопротивление катушки с сердечником, Ом:
,
где - приложенное напряжение, В: - ток в цепи, А;
б) общее активное сопротивление цепи, Ом:
где - электрические потери, Вт, - магнитные потери (потери в сердечнике), Вт;
в) активное сопротивление обмотки катушки, Ом:
,
(величина указана на исследуемой катушке);
г) общее реактивное сопротивление катушки с сердечником, Ом,
где - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния;
д) индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком, Ом,
,
Е - рассчитывается по формуле трансформаторной эдс:
Е=4.44·w·f·Фm
где Фm-амплитуда магнитного потока. Фm определяется по калибровочному (экспериментальному графику Фm=f(I).
Активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке катушки и магнитных потерь в стальном сердечнике (измеряется ваттметром РW):
.
Отсюда активная мощность, идущая на покрытие магнитных потерь, определяется уравнением:
,
а реактивная мощность рассчитывается по формуле:
.
Вопрос 7. Объяснить характер зависимостей ; ; ; .
Ответ 7-1 Зависимость Z= f(I)
Если пренебречь индуктивностью рассеяния и магнитными потерями, то полное сопротивление катушки приближенно равно Ż=Rк+j·XL0. Индуктивное сопротивление XL0=ω·L0=ω·μr·L00, где L00 – индуктивность катушки без сердечника, μr относительная магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость μr в ферромагнетиках сильно зависит от напряженности магнитного поля катушки, а следовательно и от тока в катушке. Зависимость μr от тока I . представлена на рис. 19.
RK не зависит от тока. Обычно XL>> RK, поэтому зависимость сопротивления Z= f(I) близка к зависимости μr= f(I) (рис. 19, линия a).
О бласть резкого нарастания Z от тока очень узкая и часто экспериментально не измеряется.
Учет потерь приводит к увеличению доли активного сопротивления в цепи, но незначительно изменит характер зависимости полного сопротивления от тока (рис. 19, линия b).
**)При выполнении лабораторной работы начальную область резкого нарастания Z от тока исследователь не видит.
Ответ 7-2 Зависимость U=f(I) -это вольтамперная характеристика катушки с сердечником. Экспериментальная кривая U= f(I) представлена на рис.20.
Рис. 20
Вариант ответа a) По закону Ома U =I· Z . При линейном возрастании тока и постоянном Z падение напряжения U должно нарастать также линейно. Однако в нашем случае сопротивление Z само зависит от протекающего через него тока Z=f(I). Поэтому график U=f(I)= I·Z(I) это произведение линейной функции и нелинейной функции Z=f(I) (рис.21).
Ответ 7.3 График зависимости Ia=f(I)
Объяснение. График строиться на анализе формулы:
Магнитные потери Рм состоят из двух видов потерь: на перемагничивание сердечника и на вихревые токи. Оба вида потерь зависят от тока и описываются эмпирическими формулами:
Рг= σг·f·Bnm·G ; Рв= σв·f2·B2m·G
где σг , σв - коэффициенты, f -частота, Bm – амплитуда магнитной индукции, G-масса, γ –электропроводность сердечника. Показатель n лежит в интервале 1,6<n<2. Амплитуда магнитной индукции Bm зависит от тока также как и амплитуда магнитного потока Фм. Т.к потери на вихревые токи пропорциональны квадрату тока I2м, а зависимость ЭДС Е от тока I известна Е (I) ≈ Фm(I), то Iа будет расти согласно отношению Ia≈const· I2/Фм (I). На начальном участке линейно, затем квадратично.
График Ia=f(I) представлен на рис. 21.
Рис. 21
Ответ 7.4 График зависимости Iμ=f(U)
График cтроится на анализе формулы: . График Ia=f(I) показан на рис.21.
Рост полного тока I идет быстрее роста активной части полного тока Ia, поэтому магнитная составляющая полного тока Iμ растет с увеличением полного тока. График Iμ=f(U) представлен на рис.21.
Тема № 4: ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора;
2) изучить режимы работы и методику опытного определения основных параметров трансформаторов.
Работа выполняется на универсальном стенде, где установлены лабораторный автотрансформатор , измерительные приборы, однофазный двухобмоточный трансформатор , реостат . Электрическая схема стенда представлена на рис.26.
Рис. 22
Контрольные вопросы