Top Banner
1 Трансформатори 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. 1.1 Задачі 1. На підстанції встановлено понижуючий силовий трансформатор ТМ-1000/6,3, обмотки якого з’єднані за схемою Y/Δ. Визначити фазні та лінійні напруги й струми обмоток, якщо напруга вихідної обмотки U2л = 0,4 кВ. 2. Трифазний підвищувальний трансформатор має номінальні величини: Sн = 1000 кВА, U1лн = 0,69 кВ, U2лн = 10 кВ, І 0 = 1,5% від І 1фн , Uк% = 5,5%, з’єднання обмоток Y/Δ. Визначити лінійні та фазні струми й напруги, а також величини струму холостого ходу та напруги короткого замикання відповідно в амперах та вольтах. 3. Трифазний понижуючий трансформатор типу ТМ-40/0,38 має струм холостого ходу І 0 = 3%, магнітні втрати Р 0 = 0,15 кВт. Схема з’єднання обмоток Δ/Δ. Визначити параметри вітки намагнічування електричної схеми заміщення, якщо опір первинної обмотки R 1 = 0,06 Ом, Х= 0,36 Ом. 4. Однофазний трансформатор має такі номінальні дані: S н = 4000 кВА, U 0н = 20 кВ, U 2н = 3,15 кВ, u к = 7,5%. Визначити номінальні струми обмоток, уставлені значення струму експлуатаційного короткого замикання, кратності цих струмів, а також коефіцієнт трансформації. 5. Трифазний силовий трансформатор ТД-16000/38,5 має напругу короткого замикання U к = 8%, втрати короткого замикання
73

1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

Jun 06, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

1 ТРАНСФОРМАТОРИ

Рекомендована література [1 ndash 7]

11 Задачі

1 На підстанції встановлено понижуючий силовий

трансформатор ТМ-100063 обмотки якого зrsquoєднані за схемою YΔ

Визначити фазні та лінійні напруги й струми обмоток якщо напруга

вихідної обмотки U2л = 04 кВ

2 Трифазний підвищувальний трансформатор має номінальні

величини Sн = 1000 кВА U1лн = 069 кВ U2лн = 10 кВ І0 = 15 від І1фн

Uк = 55 зrsquoєднання обмоток YΔ Визначити лінійні та фазні струми й

напруги а також величини струму холостого ходу та напруги короткого

замикання відповідно в амперах та вольтах

3 Трифазний понижуючий трансформатор типу ТМ-40038 має

струм холостого ходу І0 = 3 магнітні втрати Р0 = 015 кВт Схема

зrsquoєднання обмоток ΔΔ Визначити параметри вітки намагнічування

електричної схеми заміщення якщо опір первинної обмотки

R1 = 006 Ом Х1σ = 036 Ом

4 Однофазний трансформатор має такі номінальні дані

Sн = 4000 кВА U0н = 20 кВ U2н = 315 кВ uк = 75 Визначити

номінальні струми обмоток уставлені значення струму експлуатаційного

короткого замикання кратності цих струмів а також коефіцієнт

трансформації

5 Трифазний силовий трансформатор ТД-16000385 має

напругу короткого замикання Uк = 8 втрати короткого замикання

1 Трансформатори

ркз = 90 кВт і коефіцієнт трансформації k = 385 схему обмоток ndash Y0Δ

Визначити фазні та лінійні напруги й струми обмоток повний опір

трансформатора при короткому замиканні та його складові

6 У вторинній обмотці понижуючого трансформатора ТМ-6303

протікає струм І2лн = 910 А при зrsquoєднанні обмоток YY0 Визначити

лінійні й фазні струми первинної обмотки лінійні й фазні напруги обох

обмоток

7 Однофазний трансформатор з номінальними струмами

обмотки І1лн = 364 А та І2н = 1000 А має Uк = 4000 В Рк = 216 кВт при

живленні з боку обмотки низької напруги Визначити повну активну

потужності та індуктивні опори первинної й вторинної (приведеної)

обмоток а також опори реальної вторинної обмотки

8 Трифазний трансформатор ТМ-100010 при зrsquoєднанні

обмоток YY-0 в номінальному режимі має І1лн = 578 А І2лн = 2513 А

а також Rк = 11 Oм Хк = 54 Ом Визначити при номінальному

навантаженні спад напруги вторинної обмотки при соsφ2 = 08 а також

приведені значення лінійних напруг і струму вторинної обмотки

9 Трифазний трансформатор ТМ-2503 має Uк = 4 коефіцієнт

трансформації k = 13 при схемі обмоток YΔ Визначити усталені

значенні фазних струмів обмотки при експлуатаційному короткому

замиканні та їх кратності

10 Для трифазного трансформатора ТМ-630020 що має схему

YΔ необхідно визначити фазні та лінійні струми обох обмоток

корисну та споживану активні потужності споживану реактивну

потужність при заданих величинах U2лн = 315 кВ ηн = 098

соsφ2 = 08

11 Трифазний понижуючий трансформатор типу ТМ-25066

працює в режимі холостого ходу при I0 = 32 Активний опір фази

1 Трансформатори

первинної обмотки R1 = 196 Ом схема YY соsφ0 = 016 Визначити

магнітні втрати трансформатора

12 Трифазний трансформатор ТМ-10035 в номінальному режимі

при U2лн = 34 кВ має η = 097 Визначити постійні та змінні втрати в

цьому режимі при соsφ2 = 085 якщо постійні втрати складають 13 від

змінних втрат Визначити також потужність Р2 при якій ККД досягає

максимального значення та величину ηmax

13 Трифазний трансформатор має номінальні величини

Sн = 160 кВА U1лн = 6 кВ U2лн = 023 кВ схема обмоток YY-0 Опори

фаз задані R1 = R2 = 19 Ом Х1σ = Х2σ = 47 Ом Визначити напругу Uк і

її складові Uка Uкр та встановлені значення експлуатаційного струму

короткого замикання обмоток

14 Трифазний підвищувальний трансформатор має номінальну

величину Sн = 2500 кВА U1лн = 069 кВ U2лн = 105 кВ I0 = 35

Р0 = 62 кВт схема зrsquoєднань обмоток Y Нехтуючи опорами R1 Х1σ

Х2σ R2 визначити параметри намагнічувальної вітки схеми заміщення

при живленні як збоку вторинної так і збоку первинної обмоток

15 Однофазний трансформатор з Sн = 250 кВА U1лн = 10кВ

U2лн = 04 кВ Uк =4 втрати короткого замикання Рк = 14 кВт

Визначити реактивні активні та повні опори обмоток первинної та

реальної вторинної

16 Трифазний трансформатор при номінальному навантаженні

та U1лн = 35 кВ споживає струм I1лн = 264 А При соsφ2 = 08 віддає в

навантаження I2лн = 1468 A маючи при цьому U2лн = 63 кВ при

ηн = 0992 схема обмоток Y0∆ Визначити повні й активні потужності

підведені до трансформатора та на його навантаженні активні втрати

потужності а також величину максимального ККД якщо магнітні

втрати в трансформаторі Р0 = 17 кВт

1 Трансформатори

17 Для трифазного потужного трансформатора що має

Sн = 15 кВА U1н = 380В U2н = 133 В схему зrsquoєднання обмотки Y∆

розрахувати номінальні лінійні та фазні струми обох обмоток та

поперечні перерізи їх провідників якщо густина струму обох обмоток

∆ = 25 Aммsup2

18 Напруга трифазної мережі високої напруги ndash U1 = 525 кВ

низької напруги ndash U2 = 20 кВ Для цих напруг використовується три

основних трансформатора з напругами U1U2 = 33020 кВ Які схеми

зrsquoєднання обмоток повинні використовуватися на стороні високої та

низької напруг

19 Трифазний трансформатор увімкнений до трифазної мережі

35 кВ Визначити вторинні лінійні та середні напруги при схемі

зrsquoєднання обмоток ∆Y YY Y∆ якщо коефіцієнт трансформації

трансформатора k = w1w2 = 322

20 Трифазний трансформатор зі схемою обмоток Y∆ та

напругами U1лн = 10 кВ U2лн = 04 кВ має напругу одного витка

Uв = 25 Ввиток Визначити число витків кожної обмотки

21 Первинні обмотки трьох однофазних трансформаторів

зrsquoєднанні трикутником та увімкненні на трифазну напругу 220 В Три

виводи вторинної обмотки позначені х-у-z і зrsquoєднані у спільну точку

При перевірці вторинних напруг в режимі холостого ходу отримали

Uах = Uву = Uzc = 20 кВ Uaв = Uвс = 20 кВ Uса = З5 кВ Чим

пояснюється несиметрія лінійних напруг і які зміни в обмотці

необхідно здійснити

22 В трифазному трансформаторі з номінальними фазними

напругами U1фн = 220 В U2фн =133 В подано номінальну напругу на

фазу В обмотки ВН розміщену на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу а всі інші фази розімкнені

1 Трансформатори

Знайти значення напруги які зrsquoявляються на розімкнених фазах

обмотки ВН і НН

23 Фази обмотки ВН і НН розміщенні на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу мають номінальні напруги

U1фн = 220 В U2фн = 133 В намотані в одному напрямі зrsquoєднані між

собою послідовно На фазу обмотки ВН надана номінальна напруга

Визначити сумарну напругу двох обмоток при їх узгодженому та

зустрічному вмиканнях вказати маркування початків та кінців обох

фаз у кожному випадку Як зветься пристрій з таким зrsquoєднанням

обмоток

24 Два трифазних трансформатори з потужностями

Sн1 = 1000 кВА й Sн2 = 1600 кВА та номінальними напругами

U1фн = 35 кВ й U2фн =105 кВ і схемами зrsquoєднання обмоток Y∆

ввімкненні на паралельну роботу На вторинній шині увімкнене

транзисторне симетричне навантаження з опором однієї фази

Zнвф = 40 Ом зrsquoєднане зіркою Визначити первинні й вторинні фази та

лінійні струми кожного трансформатора вважаючи що їхні напруги

короткого замикання однакові

25 Два трифазних трансформатори однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмоток ∆∆ і напруги

U1н = U2н = 220 В увімкненні на паралельну роботу Розрахувати

зрівнювальні струми що протікають в первинних та вторинних

обмотках трансформаторів якщо вони працюють без навантаження

при основних напругах короткого замикання U1кн = U2кн = 4 та

коефіцієнтах трансформації k1 = 165 та k2 = 169

26 Два трифазних трансформатора однакової потужності що

мають схеми обмоток ∆∆ та первинні напруги U1н = U2н = 220 В і

однакові напруги короткого замикання ввімкненні на паралельну

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 2: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

ркз = 90 кВт і коефіцієнт трансформації k = 385 схему обмоток ndash Y0Δ

Визначити фазні та лінійні напруги й струми обмоток повний опір

трансформатора при короткому замиканні та його складові

6 У вторинній обмотці понижуючого трансформатора ТМ-6303

протікає струм І2лн = 910 А при зrsquoєднанні обмоток YY0 Визначити

лінійні й фазні струми первинної обмотки лінійні й фазні напруги обох

обмоток

7 Однофазний трансформатор з номінальними струмами

обмотки І1лн = 364 А та І2н = 1000 А має Uк = 4000 В Рк = 216 кВт при

живленні з боку обмотки низької напруги Визначити повну активну

потужності та індуктивні опори первинної й вторинної (приведеної)

обмоток а також опори реальної вторинної обмотки

8 Трифазний трансформатор ТМ-100010 при зrsquoєднанні

обмоток YY-0 в номінальному режимі має І1лн = 578 А І2лн = 2513 А

а також Rк = 11 Oм Хк = 54 Ом Визначити при номінальному

навантаженні спад напруги вторинної обмотки при соsφ2 = 08 а також

приведені значення лінійних напруг і струму вторинної обмотки

9 Трифазний трансформатор ТМ-2503 має Uк = 4 коефіцієнт

трансформації k = 13 при схемі обмоток YΔ Визначити усталені

значенні фазних струмів обмотки при експлуатаційному короткому

замиканні та їх кратності

10 Для трифазного трансформатора ТМ-630020 що має схему

YΔ необхідно визначити фазні та лінійні струми обох обмоток

корисну та споживану активні потужності споживану реактивну

потужність при заданих величинах U2лн = 315 кВ ηн = 098

соsφ2 = 08

11 Трифазний понижуючий трансформатор типу ТМ-25066

працює в режимі холостого ходу при I0 = 32 Активний опір фази

1 Трансформатори

первинної обмотки R1 = 196 Ом схема YY соsφ0 = 016 Визначити

магнітні втрати трансформатора

12 Трифазний трансформатор ТМ-10035 в номінальному режимі

при U2лн = 34 кВ має η = 097 Визначити постійні та змінні втрати в

цьому режимі при соsφ2 = 085 якщо постійні втрати складають 13 від

змінних втрат Визначити також потужність Р2 при якій ККД досягає

максимального значення та величину ηmax

13 Трифазний трансформатор має номінальні величини

Sн = 160 кВА U1лн = 6 кВ U2лн = 023 кВ схема обмоток YY-0 Опори

фаз задані R1 = R2 = 19 Ом Х1σ = Х2σ = 47 Ом Визначити напругу Uк і

її складові Uка Uкр та встановлені значення експлуатаційного струму

короткого замикання обмоток

14 Трифазний підвищувальний трансформатор має номінальну

величину Sн = 2500 кВА U1лн = 069 кВ U2лн = 105 кВ I0 = 35

Р0 = 62 кВт схема зrsquoєднань обмоток Y Нехтуючи опорами R1 Х1σ

Х2σ R2 визначити параметри намагнічувальної вітки схеми заміщення

при живленні як збоку вторинної так і збоку первинної обмоток

15 Однофазний трансформатор з Sн = 250 кВА U1лн = 10кВ

U2лн = 04 кВ Uк =4 втрати короткого замикання Рк = 14 кВт

Визначити реактивні активні та повні опори обмоток первинної та

реальної вторинної

16 Трифазний трансформатор при номінальному навантаженні

та U1лн = 35 кВ споживає струм I1лн = 264 А При соsφ2 = 08 віддає в

навантаження I2лн = 1468 A маючи при цьому U2лн = 63 кВ при

ηн = 0992 схема обмоток Y0∆ Визначити повні й активні потужності

підведені до трансформатора та на його навантаженні активні втрати

потужності а також величину максимального ККД якщо магнітні

втрати в трансформаторі Р0 = 17 кВт

1 Трансформатори

17 Для трифазного потужного трансформатора що має

Sн = 15 кВА U1н = 380В U2н = 133 В схему зrsquoєднання обмотки Y∆

розрахувати номінальні лінійні та фазні струми обох обмоток та

поперечні перерізи їх провідників якщо густина струму обох обмоток

∆ = 25 Aммsup2

18 Напруга трифазної мережі високої напруги ndash U1 = 525 кВ

низької напруги ndash U2 = 20 кВ Для цих напруг використовується три

основних трансформатора з напругами U1U2 = 33020 кВ Які схеми

зrsquoєднання обмоток повинні використовуватися на стороні високої та

низької напруг

19 Трифазний трансформатор увімкнений до трифазної мережі

35 кВ Визначити вторинні лінійні та середні напруги при схемі

зrsquoєднання обмоток ∆Y YY Y∆ якщо коефіцієнт трансформації

трансформатора k = w1w2 = 322

20 Трифазний трансформатор зі схемою обмоток Y∆ та

напругами U1лн = 10 кВ U2лн = 04 кВ має напругу одного витка

Uв = 25 Ввиток Визначити число витків кожної обмотки

21 Первинні обмотки трьох однофазних трансформаторів

зrsquoєднанні трикутником та увімкненні на трифазну напругу 220 В Три

виводи вторинної обмотки позначені х-у-z і зrsquoєднані у спільну точку

При перевірці вторинних напруг в режимі холостого ходу отримали

Uах = Uву = Uzc = 20 кВ Uaв = Uвс = 20 кВ Uса = З5 кВ Чим

пояснюється несиметрія лінійних напруг і які зміни в обмотці

необхідно здійснити

22 В трифазному трансформаторі з номінальними фазними

напругами U1фн = 220 В U2фн =133 В подано номінальну напругу на

фазу В обмотки ВН розміщену на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу а всі інші фази розімкнені

1 Трансформатори

Знайти значення напруги які зrsquoявляються на розімкнених фазах

обмотки ВН і НН

23 Фази обмотки ВН і НН розміщенні на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу мають номінальні напруги

U1фн = 220 В U2фн = 133 В намотані в одному напрямі зrsquoєднані між

собою послідовно На фазу обмотки ВН надана номінальна напруга

Визначити сумарну напругу двох обмоток при їх узгодженому та

зустрічному вмиканнях вказати маркування початків та кінців обох

фаз у кожному випадку Як зветься пристрій з таким зrsquoєднанням

обмоток

24 Два трифазних трансформатори з потужностями

Sн1 = 1000 кВА й Sн2 = 1600 кВА та номінальними напругами

U1фн = 35 кВ й U2фн =105 кВ і схемами зrsquoєднання обмоток Y∆

ввімкненні на паралельну роботу На вторинній шині увімкнене

транзисторне симетричне навантаження з опором однієї фази

Zнвф = 40 Ом зrsquoєднане зіркою Визначити первинні й вторинні фази та

лінійні струми кожного трансформатора вважаючи що їхні напруги

короткого замикання однакові

25 Два трифазних трансформатори однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмоток ∆∆ і напруги

U1н = U2н = 220 В увімкненні на паралельну роботу Розрахувати

зрівнювальні струми що протікають в первинних та вторинних

обмотках трансформаторів якщо вони працюють без навантаження

при основних напругах короткого замикання U1кн = U2кн = 4 та

коефіцієнтах трансформації k1 = 165 та k2 = 169

26 Два трифазних трансформатора однакової потужності що

мають схеми обмоток ∆∆ та первинні напруги U1н = U2н = 220 В і

однакові напруги короткого замикання ввімкненні на паралельну

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 3: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

первинної обмотки R1 = 196 Ом схема YY соsφ0 = 016 Визначити

магнітні втрати трансформатора

12 Трифазний трансформатор ТМ-10035 в номінальному режимі

при U2лн = 34 кВ має η = 097 Визначити постійні та змінні втрати в

цьому режимі при соsφ2 = 085 якщо постійні втрати складають 13 від

змінних втрат Визначити також потужність Р2 при якій ККД досягає

максимального значення та величину ηmax

13 Трифазний трансформатор має номінальні величини

Sн = 160 кВА U1лн = 6 кВ U2лн = 023 кВ схема обмоток YY-0 Опори

фаз задані R1 = R2 = 19 Ом Х1σ = Х2σ = 47 Ом Визначити напругу Uк і

її складові Uка Uкр та встановлені значення експлуатаційного струму

короткого замикання обмоток

14 Трифазний підвищувальний трансформатор має номінальну

величину Sн = 2500 кВА U1лн = 069 кВ U2лн = 105 кВ I0 = 35

Р0 = 62 кВт схема зrsquoєднань обмоток Y Нехтуючи опорами R1 Х1σ

Х2σ R2 визначити параметри намагнічувальної вітки схеми заміщення

при живленні як збоку вторинної так і збоку первинної обмоток

15 Однофазний трансформатор з Sн = 250 кВА U1лн = 10кВ

U2лн = 04 кВ Uк =4 втрати короткого замикання Рк = 14 кВт

Визначити реактивні активні та повні опори обмоток первинної та

реальної вторинної

16 Трифазний трансформатор при номінальному навантаженні

та U1лн = 35 кВ споживає струм I1лн = 264 А При соsφ2 = 08 віддає в

навантаження I2лн = 1468 A маючи при цьому U2лн = 63 кВ при

ηн = 0992 схема обмоток Y0∆ Визначити повні й активні потужності

підведені до трансформатора та на його навантаженні активні втрати

потужності а також величину максимального ККД якщо магнітні

втрати в трансформаторі Р0 = 17 кВт

1 Трансформатори

17 Для трифазного потужного трансформатора що має

Sн = 15 кВА U1н = 380В U2н = 133 В схему зrsquoєднання обмотки Y∆

розрахувати номінальні лінійні та фазні струми обох обмоток та

поперечні перерізи їх провідників якщо густина струму обох обмоток

∆ = 25 Aммsup2

18 Напруга трифазної мережі високої напруги ndash U1 = 525 кВ

низької напруги ndash U2 = 20 кВ Для цих напруг використовується три

основних трансформатора з напругами U1U2 = 33020 кВ Які схеми

зrsquoєднання обмоток повинні використовуватися на стороні високої та

низької напруг

19 Трифазний трансформатор увімкнений до трифазної мережі

35 кВ Визначити вторинні лінійні та середні напруги при схемі

зrsquoєднання обмоток ∆Y YY Y∆ якщо коефіцієнт трансформації

трансформатора k = w1w2 = 322

20 Трифазний трансформатор зі схемою обмоток Y∆ та

напругами U1лн = 10 кВ U2лн = 04 кВ має напругу одного витка

Uв = 25 Ввиток Визначити число витків кожної обмотки

21 Первинні обмотки трьох однофазних трансформаторів

зrsquoєднанні трикутником та увімкненні на трифазну напругу 220 В Три

виводи вторинної обмотки позначені х-у-z і зrsquoєднані у спільну точку

При перевірці вторинних напруг в режимі холостого ходу отримали

Uах = Uву = Uzc = 20 кВ Uaв = Uвс = 20 кВ Uса = З5 кВ Чим

пояснюється несиметрія лінійних напруг і які зміни в обмотці

необхідно здійснити

22 В трифазному трансформаторі з номінальними фазними

напругами U1фн = 220 В U2фн =133 В подано номінальну напругу на

фазу В обмотки ВН розміщену на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу а всі інші фази розімкнені

1 Трансформатори

Знайти значення напруги які зrsquoявляються на розімкнених фазах

обмотки ВН і НН

23 Фази обмотки ВН і НН розміщенні на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу мають номінальні напруги

U1фн = 220 В U2фн = 133 В намотані в одному напрямі зrsquoєднані між

собою послідовно На фазу обмотки ВН надана номінальна напруга

Визначити сумарну напругу двох обмоток при їх узгодженому та

зустрічному вмиканнях вказати маркування початків та кінців обох

фаз у кожному випадку Як зветься пристрій з таким зrsquoєднанням

обмоток

24 Два трифазних трансформатори з потужностями

Sн1 = 1000 кВА й Sн2 = 1600 кВА та номінальними напругами

U1фн = 35 кВ й U2фн =105 кВ і схемами зrsquoєднання обмоток Y∆

ввімкненні на паралельну роботу На вторинній шині увімкнене

транзисторне симетричне навантаження з опором однієї фази

Zнвф = 40 Ом зrsquoєднане зіркою Визначити первинні й вторинні фази та

лінійні струми кожного трансформатора вважаючи що їхні напруги

короткого замикання однакові

25 Два трифазних трансформатори однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмоток ∆∆ і напруги

U1н = U2н = 220 В увімкненні на паралельну роботу Розрахувати

зрівнювальні струми що протікають в первинних та вторинних

обмотках трансформаторів якщо вони працюють без навантаження

при основних напругах короткого замикання U1кн = U2кн = 4 та

коефіцієнтах трансформації k1 = 165 та k2 = 169

26 Два трифазних трансформатора однакової потужності що

мають схеми обмоток ∆∆ та первинні напруги U1н = U2н = 220 В і

однакові напруги короткого замикання ввімкненні на паралельну

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 4: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

17 Для трифазного потужного трансформатора що має

Sн = 15 кВА U1н = 380В U2н = 133 В схему зrsquoєднання обмотки Y∆

розрахувати номінальні лінійні та фазні струми обох обмоток та

поперечні перерізи їх провідників якщо густина струму обох обмоток

∆ = 25 Aммsup2

18 Напруга трифазної мережі високої напруги ndash U1 = 525 кВ

низької напруги ndash U2 = 20 кВ Для цих напруг використовується три

основних трансформатора з напругами U1U2 = 33020 кВ Які схеми

зrsquoєднання обмоток повинні використовуватися на стороні високої та

низької напруг

19 Трифазний трансформатор увімкнений до трифазної мережі

35 кВ Визначити вторинні лінійні та середні напруги при схемі

зrsquoєднання обмоток ∆Y YY Y∆ якщо коефіцієнт трансформації

трансформатора k = w1w2 = 322

20 Трифазний трансформатор зі схемою обмоток Y∆ та

напругами U1лн = 10 кВ U2лн = 04 кВ має напругу одного витка

Uв = 25 Ввиток Визначити число витків кожної обмотки

21 Первинні обмотки трьох однофазних трансформаторів

зrsquoєднанні трикутником та увімкненні на трифазну напругу 220 В Три

виводи вторинної обмотки позначені х-у-z і зrsquoєднані у спільну точку

При перевірці вторинних напруг в режимі холостого ходу отримали

Uах = Uву = Uzc = 20 кВ Uaв = Uвс = 20 кВ Uса = З5 кВ Чим

пояснюється несиметрія лінійних напруг і які зміни в обмотці

необхідно здійснити

22 В трифазному трансформаторі з номінальними фазними

напругами U1фн = 220 В U2фн =133 В подано номінальну напругу на

фазу В обмотки ВН розміщену на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу а всі інші фази розімкнені

1 Трансформатори

Знайти значення напруги які зrsquoявляються на розімкнених фазах

обмотки ВН і НН

23 Фази обмотки ВН і НН розміщенні на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу мають номінальні напруги

U1фн = 220 В U2фн = 133 В намотані в одному напрямі зrsquoєднані між

собою послідовно На фазу обмотки ВН надана номінальна напруга

Визначити сумарну напругу двох обмоток при їх узгодженому та

зустрічному вмиканнях вказати маркування початків та кінців обох

фаз у кожному випадку Як зветься пристрій з таким зrsquoєднанням

обмоток

24 Два трифазних трансформатори з потужностями

Sн1 = 1000 кВА й Sн2 = 1600 кВА та номінальними напругами

U1фн = 35 кВ й U2фн =105 кВ і схемами зrsquoєднання обмоток Y∆

ввімкненні на паралельну роботу На вторинній шині увімкнене

транзисторне симетричне навантаження з опором однієї фази

Zнвф = 40 Ом зrsquoєднане зіркою Визначити первинні й вторинні фази та

лінійні струми кожного трансформатора вважаючи що їхні напруги

короткого замикання однакові

25 Два трифазних трансформатори однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмоток ∆∆ і напруги

U1н = U2н = 220 В увімкненні на паралельну роботу Розрахувати

зрівнювальні струми що протікають в первинних та вторинних

обмотках трансформаторів якщо вони працюють без навантаження

при основних напругах короткого замикання U1кн = U2кн = 4 та

коефіцієнтах трансформації k1 = 165 та k2 = 169

26 Два трифазних трансформатора однакової потужності що

мають схеми обмоток ∆∆ та первинні напруги U1н = U2н = 220 В і

однакові напруги короткого замикання ввімкненні на паралельну

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 5: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

Знайти значення напруги які зrsquoявляються на розімкнених фазах

обмотки ВН і НН

23 Фази обмотки ВН і НН розміщенні на середньому стрижні

тристрижневого плоского магнітопроводу мають номінальні напруги

U1фн = 220 В U2фн = 133 В намотані в одному напрямі зrsquoєднані між

собою послідовно На фазу обмотки ВН надана номінальна напруга

Визначити сумарну напругу двох обмоток при їх узгодженому та

зустрічному вмиканнях вказати маркування початків та кінців обох

фаз у кожному випадку Як зветься пристрій з таким зrsquoєднанням

обмоток

24 Два трифазних трансформатори з потужностями

Sн1 = 1000 кВА й Sн2 = 1600 кВА та номінальними напругами

U1фн = 35 кВ й U2фн =105 кВ і схемами зrsquoєднання обмоток Y∆

ввімкненні на паралельну роботу На вторинній шині увімкнене

транзисторне симетричне навантаження з опором однієї фази

Zнвф = 40 Ом зrsquoєднане зіркою Визначити первинні й вторинні фази та

лінійні струми кожного трансформатора вважаючи що їхні напруги

короткого замикання однакові

25 Два трифазних трансформатори однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмоток ∆∆ і напруги

U1н = U2н = 220 В увімкненні на паралельну роботу Розрахувати

зрівнювальні струми що протікають в первинних та вторинних

обмотках трансформаторів якщо вони працюють без навантаження

при основних напругах короткого замикання U1кн = U2кн = 4 та

коефіцієнтах трансформації k1 = 165 та k2 = 169

26 Два трифазних трансформатора однакової потужності що

мають схеми обмоток ∆∆ та первинні напруги U1н = U2н = 220 В і

однакові напруги короткого замикання ввімкненні на паралельну

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 6: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

роботу Визначити напругу яка встановлюється на вторинних шинах в

режимі холостого ходу якщо k1 = 165 а k2 =169

27 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА які мають схеми обмоток ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = Rнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

28 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = jXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

29 Два трифазних транзистора однакової потужності

Sн1 = Sн2 = 75 кВА що мають схеми обмотки ∆∆ первинні напруги

U1н = U2н = 220 В напруги короткого замикання U1кн = U2кн = 4 а

також k1 = 165 та k2 = 169 увімкненій на паралельну роботу

Нехтуючи активними складовими Uк розрахувати вторинні струми

трансформаторів якщо на вторинні шини увімкнений споживач з

еквівалентним опором однієї фази Zнв = ndashjXнв = 17 Ом Опори

навантаження зrsquoєднанні в трикутник

30 Обчислити відносне значення зрівнювального струму (до

номінального) який буде протікати в обмотках двох паралельно

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 7: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

ввімкнених трансформаторів однакової номінальної потужності з

U1к = U2к = 4 але з різницею груп зrsquoєднань а) на одну групу б) на

дві групи Чи допустима тривала така робота

31 Два трифазних трансформатори потужністю S1н = 1000 кВА

та S2н = 2500 кВА а також Uка1 = 65 та Uка2 = 7 ввімкненні на

паралельну роботу До якої потужності можна завантажити кожен із

трансформаторів і яка сумарна потужність що віддається ними в

навантаження

12 Основні формули

Коефіцієнт трансформації трансформатора

2

1

1

1

ww

ЕEk (11)

де Е1 Е2 ndash ЕРС індуковані в первинній та вторинній обмотках відповідно

w1 w2 ndash кількості витків первинної та вторинної обмоток відповідно

Номінальна повна потужність

ndash для однофазного трансформатора

11 нлнлн ІUS (12)

де U1лн ndash лінійна номінальна напруга первинної обмотки

І1лн ndash лінійний номінальний струм первинної обмотки

ndash для трифазного трансформатора

3 11 нлнлн ІUS (13)

Діючі значення ЕРС трансформатора

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 8: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

21

444

j

ФfwE jj (14)

де f ndash частота напруги

Ф ndash магнітний потік

Приведений струм вторинної обмотки

22 k

II (15)

де І2 ndash струм вторинної обмотки

Приведена ЕРС вторинної обмотки

22 kEE (16)

Приведена напруга вторинної обмотки

22 kUU (17)

Приведені активний 2R реактивний 2X та повний 2Z опори

вторинної обмотки

22

2

22

2

22

2

ZkZ

XkX

RkR

(18)

де R2 Х2 Z2 ndash активний індуктивний та повний опори вторинної обмотки

відповідно

Активний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора та для трифазного

трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 9: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

20

0

IPRm (19)

де Р0 ndash потужність холостого ходу яка споживається з мережі

І0 ndash струм холостого ходу (первинної обмотки)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 2

0

0

IPRm (110)

Повний магнітний опір трансформатора

ndash для однофазного трансформатора

0

10

IUZm (111)

де U10 ndash напруга холостого ходу первинної обмотки

І0 ndash струм холостого ходу який споживається з мережі

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в зірку

3 0

10

IUZm (112)

ndash для трифазного трансформатора при зrsquoєднанні первинної обмотки

в трикутник

3

0

10IUZm (113)

Індуктивний магнітний опір трансформатора

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 10: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

22mmm RZX (114)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

ndash для однофазного трансформатора

cos010

00 IU

P (115)

ndash для трифазного трансформатора

3

cos010

00 IU

P (116)

Повний Zк активний Rк та індуктивний Хк опори короткого

замикання трансформатора

ndash однофазного

cos

22

21

1

121

ккк

ккк

кк

к

кк

RZX

ZIPR

IUZZZ

(117)

де Z1 ndash повний опір первинної обмотки

U1к ndash напруга короткого замикання

Рк ndash потужність короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання первинної обмотки

cosк ndash коефіцієнт потужності при короткому замиканні

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в зірку

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 11: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

3

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(118)

ndash трифазного при зrsquoєднанні первинної обмотки в трикутник

3

22

21

1

1

ккк

к

кк

к

кк

RZX

IPR

IUZ

(119)

Повні опори первинної та приведеної вторинної обмоток

21

21 кZZZ (120)

Коефіцієнт потужності при короткому замиканні трансформатора

ndash однофазного

cos1кк

кк IU

P (121)

ndash трифазного

3

cos1кк

кк IU

P (122)

Номінальна напруга короткого замикання трансформатора

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 12: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

ndash повна

10010011

1

н

к

н

ккнк U

UU

ZIU (123)

ndash активна

1001

1

н

ккнaк U

RIU (124)

ndash реактивна

1001

1

ном

ккнpк U

XIU (125)

При цьому

sincos

2

2

нpкнакнк

кнкнpк

кнкнaк

UUU

UUUU

(126)

Потужність короткого замикання Рк трансформатора приймають

рівною його електричним втратам рел

2221

21 RIRIрP ккелк (127)

а потужність холостого ходу Р0 ndash рівною магнітним втратам рм

0 мрР (128)

Коефіцієнт навантаження трансформатора

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 13: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

1

1

2

2

нн II

II

(129)

Процес перетворення енергії в трансформаторі характеризується енергетичною діаграмою поданою на рис 11

Рис 11 ndash Енергетична діаграма трансформатора

Сумарні втрати в трансформаторі

мел ppp (130)

Електричні втрати

21 елелел ppp (131)

де рел1 ndash електричні втрати в первинній обмотці рел2 ndash електричні втрати у вторинній обмотці

22

2121 RIRImpел (132)

де m ndash число фаз в обмотках трансформатора

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 14: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

Інший вираз для визначення електричних втрат через потужність

короткого замикання

22

2

22кнелкел RIpPp (133)

Магнітні втрати

всгм ppp (134)

де рг ndash втрати від гістерезису

рвс ndash втрати від вихрових струмів

Сумарні втрати можна також визначити як

20 кPPp (135)

Електромагнітна потужність трансформатора

11 мелем ppPP (136)

ККД трансформатора

111

222

1

2coscos

IUIU

PP (137)

або

121

1

pP

pP

pP (138)

ККД трансформатора виражений через коефіцієнт навантаження

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 15: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

1 Трансформатори

кн

н

PPSS

202

2

coscos

(139)

або

cos

1 202

02

кн

к

PPSPP

(140)

Оптимальний коефіцієнт навантаження βοпт при якому ККД має

максимальне значення

0

зм

пост

копт р

рPP

(141)

де рпост ndash постійні втрати (магнітні втрати)

рзм ndash змінні втрати (електричні втрати)

Максимальний ККД трансформатора

cos

1 22

2

maxзмоптпостнопт

змоптпост

ррSрр

(142)

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 16: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

Електричні машини Задачі для самостійного розвrsquoязування

2 АСИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 ndash 8]

21 Задачі

1 Трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором

має такі номінальні паспортні величини номінальна потужність

Рн = 17 кВт схеми та напруги обмоток ҮΔ ndash 380220 В ККД ηн = 73

коефіцієнт потужності соsφ1 н = 081 Знайти номінальні значення фазних

та лінійних напруг і струмів обмотки статора повну активну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі

2 Ротор трифазного асинхронного двигуна обертається з

номінальною швидкістю n2н = 577 обхв при частоті напруги мережі

ƒ1 = 50 Гц Знайти швидкість обертання магнітного поля статора число

полюсів двигуна та його номінальне ковзання

3 Десятиполюсний трифазний асинхронний двигун живиться від

мережі з частотою ƒ1 = 50 Гц і має на статорі двошарову обмотку з числом

пазів в одній фазовій зоні (числом пазів на полюс і фазу) q = 3 Діаметр

розточки статора D = 09 м довжина сердечника статора l = 07 м середнє

значення індукції в повітряному проміжку машини від основної гармоніки

поля Вбср1 = 08 Тл Знайти діюче значення ЕРС від основної гармоніки

поля наведену в одному витку статорної обмотки з укороченим кроком

4 Трифазний 12-ти полюсний асинхронний двигун живиться від

мережі з напругою промислової частоти f1 = 50 Гц його ротор обертається

з ковзанням sн = 003 Знайти швидкість обертання ротора та частоту ЕРС

яка в ньому наводиться

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 17: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

5 На статорі трифазного 4-х полюсного асинхронного двигуна

вкладена двошарова розподілена обмотка яка має число пазів на полюс і

фазу q = 4 та число витків в котушці wк = 7 Знайти ЕРС фази при

послідовному й паралельному зrsquoєднанні котушкових груп в ній якщо ЕРС

одного витка обмотки Ев = 12 В

6 Трифазна 4-х полюсна асинхронна машина має такі дані число

витків фази статорної обмотки w1 = 68 роторної w2 = 27 обмотковий

коефіцієнт обмотки статора kоб1 = 0886 ротора kоб2 = 0954 Частота

напруги мережі ƒ1 = 50 Гц амплітуда основного магнітного потоку

Ф0 = 2710-2 Вб Знайти діюче значення основних ЕРС обмоток статора й

ротора при нерухомому роторі та при його обертанні зі швидкістю

n = 1000 обхв а також коефіцієнт трансформації за ЕРС

7 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням обмотки статора в

трикутник Δ працює в режимі холостого ходу при U1 = 220 В і споживає з

мережі струм І10 = 4 А й активну потужність Р10 = 230 Вт Знайти активну

та реактивну складову фазного струму холостого ходу повну й реактивну

потужність які споживаються двигуном з мережі а також його постійні

втрати якщо активний опір однієї фази обмотки статора R1 = 2 Ом

8 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням

обмотки статора в зірку Ү працює в режимі номінального навантаження

при номінальній напрузі мережі U1н = 380 В і споживає з неї струм

номінальний струм І1н = 33 А Знайти електромагнітну потужність й

момент двигуна якщо активний опір однієї фази обмотки статора

R1 =2 Ом магнітні втрати двигуна Δрм = 100 Вт а номінальний коефіцієнт

потужності сosφ1н = 086

9 Трифазний 4-х полюсний асинхронний двигун в номінальному

режимі розвиває потужність на валу Рн = 15 кВт при швидкості обертання

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 18: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

ротора n2н = 1440 обхв ККД двигуна ηн = 85 а його механічні втрати

Δрмех = 30 Вт Знайти електромагнітну потужність двигуна

10 Трифазний асинхронний двигун підключений до мережі з

напругою U1н = 220 В і частотою ƒ1 = 50 Гц 4-х полосна обмотка статора

зrsquoєднана в трикутник Δ Двигун споживає з мережі струм І1н = 21 А при

сosφ1н = 082 ККД ηн = 837 і ковзанні sн = 53 Знайти швидкість

обертання ротора корисну потужність і момент а також сумарні втрати

11 Трифазний асинхронний двигун має при номінальній напрузі

живлення магнітні втрати Δрм = 93 Вт Яке значення матимуть ці втрати

якщо статорну обмотку замість Δ помилково зrsquoєднали в Ү при тій же самій

напрузі живлення

12 Активний опір обмотки статора виміряний мостом постійного

струму між його будь-якими двома лінійними виводами складає R Ом

Доказати що електричні втрати в цій обмотці можна розраховувати за

однаковим виразом RІр лел211 2

3 як при зrsquoєднані її в Ү так і в Δ де І1 ndash

струм який споживається обмоткою з мережі

13 Трифазний асинхронний двигун споживає з мережі струм

I1л = 24 А при напрузі цієї мережі U1л = 380 B і коефіцієнті потужності

сosφ1 = 088 Активний опір обмотки статора виміряний між її двома

виводами R1 = 056 Ом ковзання s = 0033 Визначити корисну

електромагнітну потужність і ККД двигуна вважаючи що магнітні втрати

в сердечнику статора рівні половині електричних втрат його обмотки а

сума механічних і додаткових втрат становить 5 від сумарних втрат

двигуна

14 В трифазному асинхронному двигуні з номінальною корисною

потужністю Pн = 15 кВт постійні та змінні втрати в номінальному режимі

відповідно становлять 140 Вт і 260 Вт Визначити номінальний і

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 19: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

максимальний ККД двигуна а також величину корисної потужності при

якій настає максимум ККД

15 Трифазній асинхронний двигун обертає генератор постійного

струму При цьому асинхронний двигун споживає активну потужність P1д

а корисна потужність генератора становить Рг Виразити ККД всієї

установки ηуст через ККД двигуна ηд і генератора ηг

16 Визначити величину початкового пускового струму та

початкового пускового моменту трифазного асинхронного двигуна при

його прямому пуску за такими номінальними даними Рн = 75 кВт

U1фн = 220 В n2н = 720 обхв сosφ1н = 075 ηн = 86 кратність початкового

пускового моменту МпМн = 14 кратність пускового струму IпIн = 6

17 4-х полюсний трифазний асинхронний двигун має такі параметри

короткого замикання Rк = 011 Ом Хк = 036 Ом R1 = 005 Ом Визначити

початковий пусковий струм та початковий пусковий момент двигуна який

працює при фазній напрузі U1ф = 380 В і частоті ƒ1 = 50 Гц

18 Трифазний асинхронний двигун з кратністю початкового

пускового струму kІ = IпIн = 56 і кратністю початкового пускового

моменту kп = МпМн = 13 пускається в хід при моменті навантаження на

валу Мс = 05Мн Пусковий струм в мережі повинен бути обмежений до

Iм = 25Iн Чи можна застосувати в цьому випадку реакторний пуск

19 За допомогою реактора струм в мережі при пуску трифазного

асинхронного двигуна обмежили до значення Iм = 2Iн Чи можливий пуск

двигуна при моменті навантаження на валу Мс = 015Мн якщо кратність

пускового моменту kп = 12 а кратність пускового струму kІ = 5

20 Розрахуйте величину індуктивного опору реактору ХР для

пониження пускового струму при реакторному пуску в 2 рази порівняно з

прямим пуском трифазного асинхронного двигуна Параметри короткого

замикання двигуна Rк = 008 Ом Хк = 03 Ом

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 20: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

21 Розрахувати фазні й лінійні значення пускових струмів

трифазного асинхронного двигуна при зrsquoєднанні обмотки в трикутник і в

зірку якщо напруга мережі Uм = 220 В і опір фази Zкф = 72 Ом

22 Знайти кратність пускового моменту трифазного асинхронного

двигуна при його пуску перемиканням статорної обмотки із зірки в

трикутник якщо його паспортна кратність пускового моменту kп = 12

23 Пуск трифазного асинхронного двигуна виконується за

допомогою понижувального автотрансформатора з коефіцієнтом

трансформації k = 15 В скільки разів зменшиться струм який

споживається при пуску з мережі Чи можливий пуск двигуна при

Мс = 05 Мн якщо кратність початкового пускового моменту двигуна

kп = 11

24 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 2000 кВт номінальна швидкість обертання n2н = 1490 обхв кратність

початкового пускового моменту kп = 12 Напруга живлення мережі

U1м = 6 кВ Обмотка статора зrsquoєднана в зірку Визначити початковий

пусковий момент двигуна при автотрансформаторному пуску зі зниженням

напруги на зажимах двигуна до U1 = 4 кВ

25 Номінальна потужність трифазного асинхронного двигуна

Рн = 315 кВт номінальна фазна напруга U1фн = 220 В швидкість обертання

n2н = 1490 обхв ηн = 945 cosφ1н = 091 Кратність пускового моменту

kп = 11 Кратність пускового струму kІ = 7 Двигун запускається від мережі

з напругою 220 В Визначити початковий момент і струм який

споживається з мережі при пуску двигуна перемиканням обмотки статор із

зірки в трикутник Чи можливий пуск двигуна при навантаженні

Мс = 025Мн

26 Активний опір фази обмотки ротора трифазного асинхронного

двигуна з фазним ротором R2 = 005 Ом Критичне ковзання sкр = 018

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 21: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

Визначити опір фази пускового реостату при увімкненні якого в коло

ротора двигун буде розвивати максимальний момент

27 Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором має такі

параметри X1 = 028 Ом X 2 = 035 Ом R2 = 007 Ом Знайти відношення

RПR2 для досягнення максимального пускового моменту (RП ndash опір

пускового реостата)

28 Швидкість обертання ротора однофазного асинхронного 4-х

полюсного двигуна n2 = 1400 обхв частота мережі живлення f1 = 50 Гц

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів обмотки

статора

29 В обмотці нерухомого ротора однофазного асинхронного двигуна

наводиться ЕРС Е = 20 В Визначити значення й частоту ЕРС наведених в

цій же обмотці полями прямої й оберненої послідовності обмотки статора

при обертанні ротора зі швидкістю n2 = 2850 обхв

30 При живленні від мережі з частотою f1 = 50 Гц ротор однофазного

асинхронного двигуна обертається зі швидкістю n2 = 345 обхв При цьому

полем прямої послідовності в обмотці ротора наводиться ЕРС Е2пр = 24 В

Знайти ковзання ротора відносно прямого й оберненого полів статора

значення й частоту ЕРС ротора від оберненого поля статора

31 При роботі трифазного асинхронного двигуна який має такі

параметри Y ndash 380220 В ІYІ = 35261 А η = 082 cosφ1н = 09 В

номінальному режимі при зrsquoєднанні обмотки статора в зірку відбувся

обрив одного провідника живлення Знайти струм який споживається

двигуном з мережі після обриву а також його активну й реактивну

складову якщо відомо що ККД двигуна зменшиться до значення 08 а

корисна потужність на валу залишилась незмінною

32 Трифазний асинхронний двигун із зrsquoєднанням обмотки статора в

зірку споживає із мережі струм І1 = 320 А при напрузі мережі U1н = 380 В і

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 22: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

коефіцієнті потужності cosφ1н = 082 Визначити електричні втрати в

обмотках статора й ротора після обриву однієї з фаз статора якщо

швидкість обертання ротора стала n2 = 1400 обхв активний опір фази

статора R1 = 34 Ом Магнітні втрати двигуна прийняти рівними половині

електричних втрат в статорі в трифазному режимі

33 Трифазний асинхронний двигун із номінальною потужністю

Рн = 17 кВт споживає з мережі активну потужність Р1н = 206 кВт Відомо

що постійні втрати двигуна в трифазному режимі складають 13 його

змінних втрат Визначити ККД двигуна після його переходу в однофазний

режим внаслідок обриву однієї з фаз статора якщо його змінні втрати

збільшилися в 2 рази а корисне навантаження на валу залишилося

незмінним

34 Однофазний асинхронний двигун повинен запускатися від

мережі із напругою U1 = 220 В за допомогою конденсатора підключеного

в коло пускової обмотки Параметри робочої обмотки в режимі пуску

RкА = XкА = 5 Ом а активний опір пускової обмотки RкА = RкВ Визначити

ємність конденсатора необхідну для створення при запуску кругового

обертового магнітного поля якщо обидві обмотки мають однакову

кількість витків і обмоткові коефіцієнти

35 Визначити величину пускового струму який споживається

однофазним асинхронним конденсаторним двигуном з мережі якщо повні

опори робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72 Ом і ZкВ = 85 Ом

Напруга мережі U1 = 220 В Магнітне поле яке утворюється при запуску

двигуна ndash кругове Зобразити векторну діаграму двигуна при пуску

36 Визначити пусковий струм який споживається з мережі

однофазним асинхронним двигуном з пусковою обмоткою якщо опір

робочої й пускової обмоток відповідно ZкА = 72ej45 Ом ordm ZкВ = 72ej15ordmОм а

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 23: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

напруга мережі U1 = 220 В Привести векторну діаграму двигуна при

пуску

37 Знайдіть значення активних і реактивних складових опору

пускової обмотки однофазного асинхронного двигуна з пусковою

обмоткою які забезпечили б кут зсуву між струмами пускової й робочої

обмоток 30ordm при однакових значеннях пускових струмів в кожній з них

Повний опір робочої обмотки при пуску ZкА = 72ej45 Ом а напруга мережі

U1 = 220 В

38 Трифазний асинхронний двигун зі зrsquoєднанням статорної обмотки

в зірку працює в номінальному режимі при напрузі мережі U1н = 380 В і

споживаному струмі І1н = 352 А при cosφ1н = 082 Яка корисна потужність

повинна бути на валу двигуна після обриву однієї з фаз обмотки статора

щоб струм залишився незмінним якщо швидкість обертання ротора стала

n2 = 2850 обхв Активний опір однієї з фаз статора R1 = 34 Ом магнітні

втрати складають половину від електричних втрат статора в трифазному

режимі а механічні втрати ndash половину від магнітних Додатковими

втратами знехтувати

39 Показати що буде з магнітними втратами ротора трифазного

асинхронного двигуна після обриву однієї фази статорної обмотки при

незмінному корисному навантаженні на валу

40 Трифазний асинхронний двигун в номінальному режимі

споживає з мережі струм І1 = 352 А при cosφ1н = 082 Визначити повний

струм після обриву однієї фази його обмотки при незмінному корисному

навантаженні на валу а також його активну й реактивну складову якщо

відомо що реактивна складова струму не змінюється

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 24: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

22 Основні формули

Швидкість обертання магнітного поля (в обхв)

pfn 1

160

(21)

де f1 ndash частота струму статора Гц р ndash кількість пар полюсів

Ковзання

1

1

1

1

nnns (22)

де n ndash швидкість обертання ротора

1 ndash кутова швидкість обертання магнітного поля радс

ndash кутова швидкість обертання ротора радс

Звrsquoязок між кутовою швидкістю та швидкістю обертання

60

2 n (23)

Частота струму в обмотці ротора

1112 sfspnnnpf (24)

ЕРС що індукуються в обмотках статора Е1 і ротора Е2

444 1111 ФkwfE об (25)

444 2212 ФkkwfE cоб (26)

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 25: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

де w1 w2 ndash число витків однієї фази обмотки статора і ротора відповідно

kc ndash коефіцієнт скосу пазів обмотки ротора

Ф ndash магнітний потік

kоб 1 kоб 2 ndash обмоткові коефіцієнти обмотки статора і ротора відповідно

pyоб kkk (27)

де kу ndash коефіцієнт укорочення обмотки

kр ndash коефіцієнт розподілу обмотки

Коефіцієнт трансформації ЕРС

22

11

2

1

cоб

обE kkw

kwEEk (28)

Нехтуючи різницею обмотувальних коефіцієнтів величини яких

знаходяться в межах 096 ndash 090 а коефіцієнт скосу kc обмотки ротора

наближається до одиниці можна вважати

2

1wwkE (29)

Коефіцієнт приведення струмів

222

111

cоб

обi kkwm

kwmk (29)

Приведені величини вторинної обмотки

ndash струм

22

122

2222

21

222

iоб

cоб

kII

kwmkkwm

IEmEmI

(210)

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 26: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

ndash активний опір

22221

222 kRRkkR

ImImR Ei

(211)

де k ndash коефіцієнт приведення опорів

Eikkk (212)

ndash індуктивний опір

22222

222 kXXkkX

IEIEX Ei

(213)

ЕРС в обмотці ротора при його обертанні

444444 2212222 ФkkswfФkkwfE cобcобs (214)

Звrsquoязок між ЕРС АМ при роторі що обертається з нерухомим

ротором

22 sEE s (215)

Струм що протікає в обмотці ротора

22

22

2

2

22

s

ss

XR

EZEI

(216)

де Z2 ndash повний опір обмотки ротора

R2 X2s ndash активний та реактивний опори обмотки ротора відповідно де

22 221222 sXsLfLfX s (217)

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 27: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

де L2 ndash індуктивність обмотки ротора

Для розуміння процесу перетворення енергії в асинхронному двигуні

на рис 21 показана енергетична діаграма активної потужності

Рис 21 ndash Енергетична діаграма

активної потужності асинхронного двигуна

Електричні втрати в обмотці статора

12111 RImpел (218)

Магнітні втрати в сердечнику статора

R

ЕmRImрm

mмг

2112

011 (219)

Електромагнітна потужність

111 мгелем ррРP (220)

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 28: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

або

2222

2221 s

RIms

RImPем

(221)

Електричні втрати в обмотці ротора

22222

2212 RImRImpел (222)

Механічна потужність асинхронного двигуна

2елеммх рРP (223)

або

112

2222

221 s

sRIms

sRImPмх

(224)

Корисна потужність асинхронного двигуна

22 дмгмхмх pppPP (225)

де рд ndash додаткові втрати

Сумарні втрати асинхронного двигуна

2211 дмгмхелмгел ppppppp (226)

ККД асинхронного двигуна

112

2

1

2Pp

pPP

PP

(227)

де Р1 ndash потужність що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 29: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

1111 cos3 IUP (228)

де 1 ndash кут між напругою та струмом обмотки статора

Електричні втрати в обмотці ротора та механічну потужність

відповідно можна подати ще й у такому вигляді

2 емел sPp (229)

1 еммх PsP (230)

Потужність ковзання

емs sPP (231)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нPP

(232)

де Р2н ndash номінальна потужність АД

Номінальний ККД

2

2

змпостн

нн ppP

P

(233)

де рпост ndash постійні втрати

21 мхмгмгпост pppp (234)

рзм ndash змінні втрати

21 делелзм pppp (235)

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 30: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

ККД асинхронного двигуна для будь-якого навантаження

2

2

змпостн

нppP

P

(236)

Енергетична діаграма реактивної потужності асинхронного двигуна

показана нарис 22

Рис 22 ndash Енергетична діаграма перетворення

реактивної потужності в асинхронному двигуні

Реактивна потужність яка споживається з мережі

sin 11111 IUmQ (237)

Реактивна потужність що витрачається на створення полів

розсіювання первинного кола

12111 XImq (238)

де Х1 ndash індуктивний опір обумовлений потоком розсіювання в обмотці

статора

Потужність що витрачається на створення основного магнітного

поля машини

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 31: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

201 mмг XImQ (239)

Потужність що витрачається на створення вторинних полів

розсіювання

22222 XImq (240)

Баланс реактивних потужностей в асинхронному двигуні

211 qqQQ м (241)

Електромагнітний момент можна записати через

ndash електромагнітну потужність Рем

емPM (242)

ndash ковзання

1

2s

pM ел

(243)

ndashпараметри схеми заміщення

2211

22

111

2211

XCXs

RCR

sRUm

M (244)

де враховано що

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 32: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

2211

22

11

12

XCXs

RCR

UI

(245)

де С1 ndash комплексне число

1 111

mm jXRjXRC

(246)

де Rm Xm ndash активний та індуктивний опори вітки намагнічування

відповідно

Наближено можна прийняти С1 1

Електромагнітний момент можна також виразити через

ndash струм кола ротора

1

2221

1

2222

sIRpm

sIRpmM

(247)

ndash активну складову струму ротора І2а

2aФIcM м (248)

де см ndash постійна машини

2

22 обм

kpmc (249)

Формула Клосса

2

2

maxкр

кр

кр

кр

ss

sss

asM

M

(250)

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 33: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

де sкр ndash критичне ковзання

а ndash коефіцієнт що визначається як

2

21

1RCRa

(251)

Наближено можна вважати а 2

Спрощена формула Клосса

2

maxs

sssM

Mкр

кр

(252)

Критичне ковзання

2

21121

21

XCXR

RCsкр

(253)

12 номкр ss (254)

де ndash перевантажувальна здатність

= Мmax Mном (255)

Максимальний момент

2 2

21121111

211

max

XCXRRC

UmM (256)

де знак laquo+raquo відноситься до двигунного режиму роботи а знак laquondashraquo ndash до

генераторного

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 34: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

Пусковий момент

2

2112

2111

2211

XCXRCRRUmM п

(257)

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу

cos011

00 IUm

P (258)

де Р0 ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі холостого

ходу

І0 ndash струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності в режимі короткого замикання

cos111

1

кк

кк IUm

P (259)

де Р1к ndash активна потужність що споживається з мережі в режимі короткого

замикання

U1к ndash напруга короткого замикання

І1к ndash струм короткого замикання

Повний опір короткого замикання

1

1

к

кк І

UZ (260)

Активний опір короткого замикання

211 к

кк Im

PR (261)

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 35: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

Індуктивний опір короткого замикання

22ккк RZX (262)

Опори обмотки статора та приведеної обмотки ротора

2

2

2

21

21

21

к

к

к

XXX

RRR

ZZZ

(263)

Кратність пускового моменту

пном

п kМM

(264)

Співвідношення між параметрами асинхронного двигуна в

однофазному (1) та трифазному (3) режимах

ndash потужність що споживається двигуном з мережі

cos3

cos

)3(1)3(1)3(1

)1(1)1(1)1(1

ІUP

ІUP

л

л (265)

ndash корисна потужність на валові

cos3

cos

)3()3(1)3(1)3()3(1)3(2

)1()1(1)1(1)1()1(1)1(2

ІUPP

ІUPP

л

л (266)

ndash струм що споживається з мережі

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 36: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

3 )3(1)1(1 II (267)

ndash коефіцієнт потужності

coscos)3(1

)3(1)3(1

)1(1

)1(1)1(1 I

III aa (268)

Послідовність аналітичного метода розрахунку робочих

характеристик асинхронного двигуна

ndash приведений активний опір ротора

12 RRR к (269)

ndash критичне ковзання

2

ккр X

Rs

(270)

ndash номінальне ковзання за формулою (22)

ndash задавшись рядом значень ковзання визначають необхідні величини

1) еквівалентний активний опір схеми заміщення

2s

RRR 1e

(271)

2) еквівалентний повний опір схеми заміщення

22кee XRZ (272)

3) коефіцієнт потужності робочого контуру схеми заміщення

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 37: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

cos 2e

eZR

(273)

4) приведений струм ротора

12

eZUI (274)

5) активна складова струму ротора

cos 222 II a (275)

6) реактивна складова струму ротора

sin 222 II p (276)

7) активна складова струму статора

201 aaa III (277)

де І0а ndash активна складова струму холостого ходу

cos 000 II a (278)

8) реактивна складова струму статора

201 ppp III (279)

де І0р ndash реактивна складова струму холостого ходу

sin 000 II p (280)

9) струм в обмотці статора

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 38: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

21

211 pa III (281)

10) коефіцієнт потужності

cos1

11 I

I a (282)

11) потужність що споживається з мережі

1111 aIUmP (283)

12) електричні втрати в статорі за формулою (218)

13) електромагнітна потужність за формулою (221)

14) електромагнітний момент за формулою (242)

15) електричні втрати в роторі за формулою (229)

16) додаткові втрати за формулою

0050 1 ннд Рp (284)

де рдн ndashдодаткові втрати при номінальному навантаженні

та

2 ндд pp (285)

де дp ndash додаткові втрати при відповідному навантаженні

17) корисна потужність на валові

22 дмхелем рррPP (286)

де механічні втрати рмх визначаються з досліду холостого ходу

18) ККД розраховують за формулою (227)

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 39: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

2 Асинхронні машини

19) частота обертання за формулою

1 1nsn (287)

20) корисний момент на валові

5592

22 n

PM (288)

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 40: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

3 СИНХРОННІ МАШИНИ

Рекомендована література [3 6 9]

31 Задачі

1 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні величини

Рн = 48 кВт Uлн = 023 кВ cosφн = 085 ВКЗ = 16 xσa = 0125 Визначити

опори xd xad xσa в фізичних та відносних одиницях при зrsquoєднанні обмотки

статора в зірку

2 Трифазний синхронний генератор з номінальною потужністю

Рн = 600 кВт номінальною напругою Uлн = 04 кВ при зrsquoєднані обмотки

статора в зірку працює на індуктивно-активне навантаження при

cosφн = 085 Генератор має ВКЗ = 05 та xσa = 008 Визначити фазну

напругу синхронного генератора фазний і лінійний струм ЕРС

розсіювання Eσa опори xd та xad в абсолютних і відносних одиницях

3 Трифазний синхронний генератор в номінальному режимі

споживає від привідного двигуна (турбіни) Р1н = 500000 кВт при

Uлн = 20 кВ віддає в навантаження струм Ін = 14300 А при cosφн = 086

Визначити номінальну потужність синхронного генератора Рн сумарні

втрати номінальний і максимальний ККД якщо відомо що постійні

втрати складають 25 від змінних втрат в номінальному режимі

4 В одній фазі трифазного синхронного генератора виміряна

величина активної потужності складає Рфн = 4 кВт Uфн = 230 В струм

Іфн = 22 А Визначити активну повну і реактивну потужність генератора а

також активну й реактивну складову струму статора

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 41: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

5 Трифазний двополюсний турбогенератор з діаметром розточки

статора D = 08 м обертається зі швидкістю nн = 3600 обхв Визначити

величину полюсного поділу статора й частоту напруги генератора

6 Трифазний синхронний генератор має такі номінальні дані

Рн = 640000 кВт Uлн = 24 кВ cosφн = 08 ηн = 097 ВКЗ = 04 xσa = 025

Визначити втрати генератора повний струм статора (лінійний) його

активну й реактивну складову постійні та змінні втрати якщо відомо що

Δрпост = 03Δрзмін

7 Трифазний синхронний генератор працює на навантаження при

Uлн = 63 кВ cosφн = 08 віддає в навантаження струм Ін = 1380 А

Визначити повну потужність її активну й реактивну складові повний опір

однієї фази навантаження його активну й реактивну складові при

зrsquoєднанні обмотки статора в зірку

8 Номінальна фазна напруга синхронного генератора Uфн = 500 В

струм Іфн = 290 А синхронний індуктивний опір по повздовжній осі

xd = 1384 Ом Визначити ВКЗ генератора й струм короткого замикання

при одиничному струмі збудження

9 Трифазний турбогенератор має зrsquoєднання обмотки статора в

зірку працює в номінальному режимі при Ін = 10600 А на Uлн = 20 кВ на

активне навантаження Визначити лінійну напругу на затискачах обмотки

статора після вимкнення навантаження якщо xс = 12

10 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею при Uфн = 660 В та

cosφн = 06 споживає з мережі реактивний струм Ір = 60 А Визначити в

якому режимі збудження працює генератор а також знайти повну активну

та реактивну потужності генератора

11 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 42: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

Uлн = 04 кВ і завантажений активним струмом Іа = 30 А та реактивним

струмом Ір = 40 А Визначити повну потужність синхронного генератора

його активні й реактивні складові напрям їх передачі та коефіцієнт

потужності

12 Трифазний синхронний генератор що має зrsquoєднання обмотки

статора в зірку працює паралельно з мережею в режимі надзбудження при

струмі статора І = 100 А та cosφн = 08 Визначити струм статора в режимі

коли cosφ = 1 Що треба змінити в генераторі для його переходу в даний

режим

13 Трифазний двохполюсний турбогенератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при f = 50 Гц Uн = 1 Е0 = 195 хс = 15

Побудувати кутову характеристику генератора М = f(Θ) у відносних

одиницях та показати в ній Θн Θкр Визначити статичну перевантаженість

генератора

14 В момент вимкнення неявнополюсного синхронного генератора

до мережі вектор ЕРС генератора був зсунутий за фазою до вектору

напруги мережі на кут α = 210deg Знайти відносне значення струму статора

генератора в момент вмикання якщо E0 = Uн= 10 та xd = 20

15 Неявнополюсний синхронний генератор працює паралельно з

мережею в номінальному режимі при xd=16 Е0 = 24 Визначити

номінальні значення кута навантаження Θн та статичну перевантаженість

16 Неявнополюсний синхронного генератора працює паралельно з

мережею при Uфн = 230 В і віддає до мережі активний струм Іа = 40 А та

реактивний Ір = 30 А Синхронний індуктивний опір Xс = 15 Ом

Визначити ЕРС генератора Е0 та кут навантаження Θ (через векторну

діаграму та розрахунком)

17 При вмиканні чотириполюсного синхронного генератора на

паралельну роботу з мережею частоти fн = 50 Гц швидкість обертання

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 43: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

ротора доведена до 1497 обхв Визначити різницю частот мережі та

генератора період зміни різниці U і його амплітуду якщо

UГ = Е0Г = Uм = 230 В Розрахувати також ковзання ротора генератора

відносно синхронної швидкості

18 Трифазний гідрогенератор з Рн = 20 МВт при Uлн = 66 кВ та

струмі Іл = 2180 А працює паралельно з мережею в номінальному режимі

при Θн = 30 Схема статора ndash laquoзіркаraquo Побудувати кутову характеристику

якщо xd = 20 Ом і xq = 125 Ом

19 Визначити максимальну потужність явнополюсного синхронного

генератора при паралельній роботі з мережею якщо відомі xd = 392 Ом

xq = 237 Ом Uлн = 105 кВ а лінійна основна ЕРС при номінальному

струмі збудження Е0н = 234 кВ Чому дорівнює максимальна потужність

неявнополюсної машини при відсутності збудження в ній Схема зrsquoєднання

обмотки статора ndash зірка

20 Шестиполюсний синхронний двигун має Рн = 6300 кВт

Uлн = 6 кВ частоту fм = 50 Гц cosφн = 09 (випереджаючий) ККД

ηн = 0971 Визначити номінальний обертовий момент струм якоря

споживану активну та реактивну потужності (обґрунтувати споживається

вона з мережі чи навпаки)

21 Визначити максимальний момент який може розвинути

синхронний двигун при перевантаженні якщо в номінальному режимі при

Θн = 23 він розвиває номінальний момент Мн = 78 Нmiddotм

22 Восьмиполюсний синхронний двигун з Рн = 75 кВт має кратність

максимального моменту 165 Визначити (без урахування явнополюсності)

максимальний момент за якого двигун ще утримується в синхронізмі

якщо струм збудження його зменшити до 05Iзбн Частота мережі fм = 50 Гц

23 Трифазний шестиполюсний неявнополюсний синхронного

двигун працює від мережі змінної напруги з Uлн = 800 В при f = 50 Гц Його

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 44: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

ЕРС Е0 = 900 В Задані xс = xd = 15 Ом статична перевантаженість kм = 25

Визначити максимальний момент двигуна

24 Трифазний синхронний двигун який має Рн = 3600 кВт працює в

режимі холостого ходу при Uлн = 6 кВ та cosφн = 1 Визначити споживану

двигуном потужність якщо механічні втрати при номінальному режимі

дорівнюють 62 кВт магнітні втрати Δрм = 80 кВт потужність яка

споживається збудником зrsquoєднаним з валом двигуна становить 15 кВт

опір обмотки якоря 12 Ом зrsquoєднання обмоток ndash зірка Додаткові втрати

прийняти рівним 05 від номінальної потужності

25 Явнополюсний синхронний двигун номінальною потужністю

Рн = 250 кВт працює при Uфн = 66 кВ та має xd = 23 Ом xq = 18 Ом Яку

найбільшу потужність він може розвивати при втраті збудження

26 Знято три значення струму статора синхронного двигуна що

працює при постійній активній потужності в режимі надзбудження 60 А

80 А та 100 А Перше значення відповідає мінімуму U-подібної

характеристики синхронного двигуна Визначити активну та реактивну

складову струмів для всіх трьох значень

27 Визначити електромагнітну потужність і електромагнітний

момент синхронного двигуна якщо споживана з мережі активна

потужність Р1 = 6000 кВт струм Ін = 200 А активний опір обмотки якоря

Rа = 08 Ом магнітні втрати Δрм = 90 кВт частота мережі f = 50 Гц

кількість полюсів 2р = 4

28 Чотириполюсний синхронний двигун має Р1н = 6800 кВт

ηн = 0971 cosφн = 09 та Uлн = 6 кВ Визначити струм якоря двигуна й

номінальний обертовий момент при f = 50 Гц

29 Визначити величину ЕРС збудження турбогенератора в режимі

номінального навантаження при номінальній напрузі Uнф = 230 В

номінальному струмі Ін = 1800 А та коефіцієнті потужності cos φ = 08

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 45: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

Активний опір фази обмотки якоря Rа = 000162 Ом Повний індуктивний

опір обмотки якоря Хс = 0211 Ом Впливом насичення знехтувати

Побудувати діаграму напруг генератора

30 Турбогенератор збуджений таким чином що при навантаженні

І = 2150 А cos φ = 03 лінійна напруга на його затискачах Uнл = 04 кВ

Обмотки генератора зrsquoєднані в зірку Без врахування насичення визначити

ЕРС збудження машини якщо активний і головний індуктивний опори

обмотки якоря Rа = 00015 Ом Хс = 0211 Ом індуктивний опір

розсіювання обмотки якоря Хσ = 0015 Ом

31 Нехтуючи зміною потоку розсіювання при навантаженні

визначити струм збудження генератора в навантажувальному режимі

Ін = 700 А Uнл = 63 кВ для коефіцієнта потужності cos φ = 0 якщо струм

збудження в режимі холостого ходу Ізб = 132 А а генератора має в даній

ділянці нормальну (лінійну характеристику холостого ходу) Індуктивний

опір розсіювання обмотки якоря Хσ = 106 Ом Головний індуктивний опір

обмотки якоря Хс = 128 Ом Активним опором обмотки якоря знехтувати

Обмотка статора зrsquoєднана в зірку

32 Коефіцієнт корисної дії турбогенератора η = 0972 Номінальна

лінійна напруга Uнл = 10500 В номінальний фазний струм Ін = 1700 А

номінальний коефіцієнт потужності cosφн = 08 Повні втрати генератора

рівні 721 кВт Визначити обертаючий момент турбіни якщо кутова

швидкість ротора ω = 314 радс

33 Обертовий момент турбіни що приводить в рух двополюсний

турбогенератор М = 81910 Нmiddotм активна потужність що видається

генератором Рн = 25 МВт Визначити механічну потужність що

витрачається на обертання збудника сполученого з валом генератора

якщо механічні втрати в машині рмех = 400 кВт повні магнітні втрати (на

перемагнічування вихрові струми та додаткові втрати від вищих гармонік

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 46: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

магнітної індукції в зубцевій зоні магнітопроводу) рмаг + рдод = 150 кВт

повні електричні втрати рел1 = 45 кВт Частота струму f = 50 Гц

34 Струм збудження синхронного генератора в номінальному

режимі (Sн = 26 МВА cosφн = 08) Ізбн = 860 А опір обмотки збудження

Rзб = 0232 Ом ККД збудника ηзб = 085 Визначити обертовий момент

приводної турбіни якщо сума повних і магнітних втрат складає 324 кВт а

механічні втрати рівні половині втрат в обмотці збудження Кутова

швидкість обертання ротора ω = 1308 радс

35 Визначити підведену механічну потужність і ККД

чотириполюсного синхронного генератора при номінальному

навантаженні з Uнф = 230 В Ін = 60 А cosφн = 08 якщо повні магнітні

втрати ndash 760 Вт повні електричні втрати ndash 1800 Вт а механічні втрати

рівні 13 від електричних втрат Втрати на збудження покриваються за

рахунок незалежного джерела збудження Чому рівний електромагнітний

момент машини якщо частота струму f = 50 Гц

36 Шестиполюсний синхронний двигун має номінальну потужність

Рн = 6300 кВт номінальна напруга мережі Uнлін = 6 кВ частота струму

f = 50 Гц коефіцієнт потужності cosφ = 08 Двигун працює з

перезбудженням його ККД η = 0971 Визначити номінальний обертовий

момент струм якоря активну та реактивну потужності що споживаються

двигуном

32 Основні формули

ЕРС при роботі генератора під навантаженням

0 аЕЕЕ (31)

де 0Е ndash ЕРС холостого ходу

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 47: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

аЕ ndash ЕРС реакції якоря

aaа XjIЕ (32)

де Іа ndash струм якоря

Ха ndash індуктивний опір обмотки якоря

У машині з явновираженими полюсами ЕРС якоря

aqadа EEЕ (33)

де adE ndash ЕРС реакції якоря по поздовжній осі

addad XIjE (34)

де Xad ndash індуктивний опір реакції якоря по поздовжній осі

dI ndash струм якоря по поздовжній осі

Id = Ia middot sin (ψ) (35)

де ndash кут між ЕРС холостого ходу Е0 і струмом якоря

aqqaq XIjE (36)

де aqE ndash ЕРС реакції якоря по поперечній осі

aqqaq XIjE (37)

де Xaq ndash індуктивний опір реакції якоря по поперечній осі

qI ndash струм якоря по поперечній осі

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 48: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

Iq = Iа middot cos (ψ) (38)

ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання ndash для неявнополюсної машини

aaa XIjE (39)

де Xσа ndash опір розсіювання обмотки якоря ndash для явнополюсної машини

aqada EEE (310)

де adE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

повздовжній осі

adad XIjE (311)

де aqE ndash ЕРС індукована в обмотці якоря потоком розсіювання по

поперечній осі

aqaq XIjE (312)

ЕРС неявнополюсної машини

ndash по поздовжній осі

adadd EEЕ (313)

ndash по поперечній осі

aqaqq EEЕ (314)

Повний або синхронний індуктивний опір неявнополюсної машини

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 49: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

аас ХХХ (315)

Повний або синхронний індуктивний опір явнополюсної машини

ndash по повздовжній осі

Xd = Xad + Xσа (316)

ndash по поперечній осі

Xq = Xaq + Xσа (317)

Для явнополюсної машини

Хс = Xd = Xq (318)

Відношення короткого замикання (ВКЗ)

ВКЗ = if0н ifкн (319)

де if0н ndash струм збудження що відповідає номінальній напрузі при

холостому ході

ifкн ndash струм збудження синхронного генератора що відповідає

номінальному струму якоря Іан при короткому замиканні

Інший вираз для визначення ВКЗ

1ddн

н

XХІU

ВКЗ

(320)

де dX ndash відносне значення синхронного індуктивного опору по

повздовжній осі

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 50: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

1

dd Х

X (321)

Синхронний індуктивний опір по повздовжній осі можна визначити і

через повний фазний опір обмотки якоря Zнф

нфdd ZXX (322)

Зміна напруги синхронного генератора

1000

н

нU

UEU (333)

де Е0 ndash ЕРС холостого ходу

Електромагнітна потужність що розвивається синхронною

машиною

Рем = mmiddotEгенmiddotІаmiddotcosψ (334)

де m ndash кількість фаз обмотки якоря (m = 3 для трифазних машин)

Спожита генератором потужність

Р1 = Мmiddotω1 (335)

де ω1 ndash кутова швидкість обертання ротора радс (ω1 = 2πfp) М ndash момент на валу генератора

Корисна активна потужність яка віддається синхронним

генератором в мережу

P2 = m UмерmiddotІаmiddotcosφ (336)

де Uмер ndash напруга мережі

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 51: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

Електромагнітна потужність явнополюсного генератора виражена

через кут навантаження (кутова характеристика)

2sin112

sin2

dqdем XX

mUX

EUmP (337)

Електромагнітний момент явнополюсного генератора

2sin112

sin1

2

1

dqd

ем XXmU

XEUmM (338)

Електромагнітна потужність та момент неявнополюсного

генератора

sinc

ем XEUmP

(339)

sin1

c

ем XEUmM

(340)

Статичне перевантаження синхронного генератора

cos1

coscos

ВКЗ

II

mUIXEmUk

ном

к

ном

dп (341)

Синхронізуюча потужність Рс та синхронізуючий момент Мс

синхронного генератора

2cos11cos 2

dqdc XX

UmX

EUmP (342)

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 52: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

2cos11cos1

2

1

dqd

c XXUm

XEUmM (343)

Зарядна потужність синхронної машин

IUmX

UmS зномd

номз

2 (344)

де Із ndash зарядний струм який при роботі машини на чисто ємнісне навантаження створює такий магнітний потік реакції якоря якого достатньо для встановлення номінальної напруги на виводах при відключеній обмотці збудження

Енергетична діаграма потужностей синхронного двигуна наведена на

рис 31

додpмехpмагpаелp збелp Рис 31 ndash Енергетична діаграма синхронного двигуна

Активна потужність Р1 яка споживається з мережі синхронним

двигуном

Р1 = mmiddotUmiddotIamiddotcosφ (345)

Корисна потужність на валу синхронного двигуна

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 53: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

Р2 = М2middotω (346)

Електромагнітна потужність синхронного двигуна

Рем = mmiddotEmiddotIamiddotcosψ (347)

Електричні втрати в обмотці якоря

Δрела = mmiddotIa2middotRa (348)

ККД

1

2РР

(349)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

maxзм

пост

рр

(350)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (351)

рзм ndash змінні втрати

дзбелаелзм pppp (352)

Сумарні втрати

змпост ppp (353)

Максимальний ККД

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 54: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

3 Синхронні машини

1maxmax

maxmax

змпостн

змпост

pрPpр

(354)

Потужність при максимальному ККД

2max2 нPР (355)

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 55: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

4 МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Рекомендована література [3 6 9 ndash 11]

41 Задачі

1 Генератор незалежного збудження має потужність на виході

Рн = 2400 кВт і напругу Uн = 600 В опір якірного кола при робочій

температурі Rа = 0006 Ом і спад напруги на щітковому контакті Uщ = 2 В

Визначити ЕРС генератора

2 Генератор паралельного збудження при напрузі Uн = 230 В віддає

в мережу потужність Рн = 46 кВт При цьому спад напруги в колі якоря

Uа = 40 В а опір кола збудження Rз = 230 Ом Нехтуючи поперечною

реакцією якоря визначити електромагнітну потужність генератора

3 Генератор незалежного збудження що має опір якоря при

робочій температурі Rа = 004 Ом навантажений зовнішнім опором

Rнав = 05 Ом Визначити ЕРС на затискачах генератора в номінальному

режимі навантаження при напрузі генератора Uн = 230 В електромагнітну

та корисну потужність генератора

4 Для номінального режиму роботи генератора незалежного

збудження визначити струм навантаження ЕРС обмотки якоря і втрати

потужності в колі якоря якщо номінальна потужність генератора

Рн = 1200 кВт Uн = 750 В опори при 750С обмоток якоря Rа = 0006 Ом

додаткових полюсів Rдп = 0001 Ом компенсаційної Rко = 003 Ом

5 Генератор паралельного збудження при Uн = 230 В віддає у

навантаження струм Ін = 200 А Визначити електромагнітну та корисну

потужність генератора якщо при робочій температурі опори кола якоря

Rа = 01 Ом збудження Rз = 46 Ом

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 56: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

6 В пази якоря чотириполюсного генератора паралельного

збудження вкладена проста петлева обмотка з числом активних

провідників N = 500 якір обертається з = 2564 радс при цьому в його

обмотці наводиться ЕРС Еа = 490 В протікає струм Іа = 60 А при опорах

кола якоря Rа = 05 Ом Визначити напругу на затискачах генератора

магнітний потік в зазорі та електромагнітний гальмівний момент

генератора

7 Генератор незалежного збудження при номінальному

навантаженні має Uн = 230 В струм навантаження Ін = 652 А ККД = 08

Визначити напругу на затискачах генератора магнітний потік в зазорі та

електромагнітний момент

8 Чотириполюсний генератор паралельного збудження містить на

якорі просту хвильову обмотку з числом активних провідників N = 314

опір кола якоря Rа = 5 Ом При номінальній швидкості обертання

= 264 радс генератор віддає в навантаження потужність Рн = 15 кВт при

струмі якоря Іан = 682 А струмі збудження Із = 03 А Визначити величини

ЕРС обмотки якоря магнітного потоку в зазорі та електромагнітну

потужність генератора нехтуючи реакцією якоря та падінням напруги в

щіткових контактах

9 На міських комутаціях одночасно рухаються 40 трамваїв та

60 тролейбусів Для живлення контактної мережі з Uн = 550 В

використовується електростанція з десятьма однакової потужності

генераторами постійного струму незалежного збудження що працюють

паралельно і мають однакове навантаження Нехтуючи втратами

потужності в контактній мережі необхідно визначити корисну потужність і

струм якоря кожного генератора якщо в середньому один трамвай

споживає струм Ітрм = 100 А а тролейбус ndash Ітрб = 120 А

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 57: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

10 Генератор постійного струму змішаного збудження в

номінальному режимі має Рн = 100 кВт Uн = 460 В опір обмотки якоря

Rа = 008 Ом серієсної обмотки Rзс = 002 Ом шунтової Rзш = 92 Ом

Визначити для номінального режиму роботи струми якоря та збудження

ЕРС обмотки якоря та електромагнітну потужність

11 Чотириполюсний шунтовий генератор в номінальному режимі

навантаження має Рн = 23 кВт Uн = 230 В nн = 1460 обхв опір кола якоря

Rа = 02 Ом збудження Rз =115 Ом Обмотка якоря проста петлева з

числом активних провідників N = 314 Визначте ЕРС генератора ККД

генератора і момент на валу привідного двигуна

12 Генератор постійного струму в номінальному режимі

навантаження має Рн = 68 кВт nн = 1470 обхв при Р1н = 80 кВт Визначити

сумарні втрати потужності ККД генератора і момент на валу привідного

двигуна

13 Генератор незалежного збудження в номінальному режимі при

Uн = 115 В має опір кола якоря Rа = 0115 Ом Визначити ЕРС генератора

корисну та електромагнітну потужність якщо номінальний спад напруги

Uн = 10 Реакцію якоря не враховувати

14 Генератор паралельного збудження при Рн = 190 кВт та

Uн = 460 В має Rа = 005 Ом Rз = 92 Ом Генератор має компенсаційну

обмотку Відомі втрати рмех = 12 кВт рмаг = 15 кВт Визначити

величини струмів якоря та збудження постійних змінних та сумарних

втрат номінальний ККД а також потужність Р2max при якій ККД досягає

максимуму

15 Двигун незалежного збудження при живленні від мережі

Uн = 220 В споживає Р1н = 22 кВт При цьому Uа = 5 Визначити ЕРС

обмотки якоря втрати потужності в колі якоря та електромагнітну

двигуна

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 58: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

16 Для приводу металорізального верстата використовується

шунтовий двигун постійного струму з номінальними величинами

Р1н = 45 кВт Uн = 220 В y = 80 Накресліть електричну схему двигуна

визначте номінальний струм якоря якщо номінальний струм збудження

складає 5 від споживаного з мережі струму

17 Для приводу водяного насосу використовується двигун

паралельного збудження з номінальними величинами Р1н = 40 кВт

Uн = 110 В н = 08 При температурі 200С опори кола якоря Rа = 001 Ом

збудження Rз = 11 Ом Визначити кратність пускового струму якоря при

прямому пуску

18 Серієсний двигун має на щитку такі дані Uн = 220 В швидкість

обертання nн = 1000 обхв М2н = 410 Нм н = 80 Визначити корисну

потужність споживану з мережі потужність а також сумарні втрати в

двигуні

19 Двигун паралельного збудження з Рн = 14 кВт при Uн = 220 В та

н = 08 має Rа = 015 Ом Rз = 110 Ом Розрахувати величину опору

пускового реостата який обмежить величину пускового струму до

Іап = 16Іан Вважати що при робочій температурі Rп буде в 1215 разів

більший ніж в холостому ході

20 Трамвайний серієсний двигун при номінальному навантаженні

має Рн = 100 кВт Uн = 550 В nн = 1200 обхв н = 091 При робочій

температурі опори Rа = 007 Ом Rз = 003 Ом Визначити Р1н сумарні

втрати р втрати в якорі рела втрати на збудження рзб ЕРС обмотки

якоря Еа Визначте також скільки процентів від Uн складають ЕРС та

падіння напруги в колі якоря

21 Двигун незалежного збудження має номінальні дані Рн = 10 кВт

Uн = 220 В н = 80 Rа(750) =025 Ом Якір двигуна обертається з

номінальною швидкістю nн Розрахувати опір який треба ввести в коло

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 59: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

якоря щоб при незмінному навантаженні його швидкість зменшилась до

nн3

22 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Uн = 220 В nн = 1440 обхв При ККД н = 82 споживає потужність

Р1н = 11 кВт Визначити М2н а також величину Rп при пуску двигуна з

кратністю пускового струму КпІ = ІпІн = 2 якщо в холостому стані

Rд = 04 Ом

23 Шунтовий двигун в номінальному режимі при Uн = 110 В

споживає струм Ін = 36 А швидкість nн = 1450 обхв Rа(750) = 015 Ом

Rз = 55 Ом Визначити на скільки процентів збільшиться швидкість при

зменшенні магнітного потоку на 30 Вважати що Uн та Іан залишаться

незмінними

24 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Рн = 110 кВт Uн = 550 В н = 91 Rа=015 Ом н = 157 радс Визначити

Іан Р1н Еан Рем електромагнітний та корисний моменти

25 Шунтовий двигун що має Рн = 55 кВт при живленні від мережі

Uн = 440 В обертається зі швидкістю nн = 1460 обхв і має н = 08

Визначити електромагнітний момент і корисний момент двигуна якщо

спад напруги Uа = 5 від Uн а струм збудження Із = 625 А

26 Шунтовий двигун при живленні від мережі Uн = 220 В споживає

струм Ін = 80 А обертається зі швидкістю nн = 1000 обхв Опори

Rа = 001 Ом Rз = 110 Ом Нехтуючи реакцією якоря та струмом якоря на

холостому ході визначити швидкість на холостому ході n0 та процентну

швидкість при переході двигуна від номінальної швидкості в режим

холостого ходу

27 Серієсний двигун при номінальному навантаженні має

Р1н = 8 кВт Uн = 110 В Rа=009 Ом та Rзс = 005 Ом Двигун не має

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 60: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

компенсаційної обмотки Визначити н max та потужність при max якщо

рмех = 024 кВт рн = 012 кВт

28 Шунтовий двигун живиться від окремого генератора при

Uн = 440 В розвиває потужність Рн = 190 кВт при н = 091 і швидкості

nн = 1430 обхв Опори Rа(75) =003 Ом Rз = 50 Ом Для зменшення

швидкості генератора на 25 визначити нове значення швидкості за

умови що навантаження та магнітний потік не змінилися

29 В серієсному двигуні при Uн = 220 В та Rа = 001 Ом спад напруги

складає 4 від Uн Визначити споживані двигуном струм і потужність

ЕРС та електромагнітну потужність

30 Два серієсних двигуни однакової потужності встановлені на

електровозі увімкнені паралельно в мережу що має Uн = 550 В і

споживають кожен струм Ін = 500 А опір Rа(75) =005 Ом Обертаючись з

номінальною швидкістю nн = 600 обхв двигуни рухають електровоз із

швидкістю = 60 кмгод Якою буде швидкість руху електровозу якщо

двигуни переключити паралельного зrsquoєднання на послідовне при

незмінних навантаженнях на валу й магнітних потоках двигунів

42 Основні формули

Миттєве значення ЕРС для одного провідника обмотки

lBeпр (41)

де В ndash індукція в повітряному зазорі від основного магнітного поля в точці де знаходиться провідник

l ndash активна довжина провідника що перетинає силові лінії поля ndash лінійна швидкість руху провідника

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 61: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

60

nDa (42)

де Da ndash діаметр якоря м n ndash частота обертання якоря обхв

Кутова швидкість обертання ротора

60

2 n (43)

ЕРС яка індукується в обмотці якоря

nФсE еа (44)

ФсE ма (45)

де Ф ndash магнітний потік се см ndash конструктивні сталі машини

a

pNсе 60 (46)

2 apNсм

(47)

де р ndash число пар полюсів N ndash число активних провідників обмотки якоря а ndash кількість паралельних віток обмотки якоря

Баланс ЕРС генератора

aaаа RIEU (48)

де Uа ndash напруга обмотки якоря

Іа ndash струм що протікає по обмотці якоря

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 62: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

Ra ndash сумарний опір якірного кола який складається з власного опору

обмотки якоря Ra опору додаткових полюсів Rдп опору

компенсаційної обмотки Rко та опору щітково-колекторного

переходу Rщ

Ra = Ra + Rдп + Rко + Rщ (49)

Баланс потужності генератора

2 aaaaaa RIIEIU (410)

Баланс ЕРС двигуна

aaаа RIEU (411)

Баланс потужності двигуна

2 aaaaaa RIIEIU (412)

Електрична потужність на затискачах якоря

aaa IUP (413)

Електромагнітна потужність

aaем IЕP (414)

Електричні втрати потужності в якорі

2 aaаел RIр (415)

Електромагнітний момент

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 63: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

амФІсM (416)

Схеми для машин постійного струму подані на рис 41 ndash рис 44

F2

НОЗІз

ММ

QF

ОДП

A2

Іа=Імер

А1

F1

B1

B2

Uа) б)

G

Rнав

QF

ОДП

A2

Іа=Інав

А1

B1

B2

U

F2

НОЗІз

F1

Рис 41 ndash Схеми для машин незалежного збудження

а) двигуна б)генератора

Для машин постійного струму баланс струмів (відповідно першому

закону Кірхгофа) залежить від режиму їхньої роботи Для зручності їх

зведено да табл 41

В табл 41 прийняті такі позначення Імер ndash струм мережі Імер ndash струм

навантаження Із ndash струм обмотки збудження Ізш ndash струм шунтової

обмотки збудження Ізс ndash струм серієсної обмотки збудження

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 64: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІзш

U

QF

U

Імер

а) б)

ІзсІзс

Рис 42 ndash Схеми для машин паралельного збудження (шунтових)

а) двигуна б)генератора

Rнав

GОДП

A2

Іа=Із=Інав

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

U

B2М

ОДП

A2

Іа=Із=Імер

А1

B1

Д2

Д1

СОЗ

QF

B2

U

а) б)

Рис 43 ndash Схеми для машин послідовного збудження (серієсних)

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 65: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

а) двигуна б)генератора

E2

GОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

Rнав

QF

U

Інав

E2

МОДП

A2

Іа

А1B1

B2

Д2

Д1

СОЗ

E1

ШОЗІз

U

QF

U

Імер

а) б)

Рис 44 ndash Схеми для машин змішаного збудження (компаундних)

а) двигуна б)генератора

Таблиця 41 ndash Баланс струмів машин постійного струму

Тип збудження Режим двигуна Режим генератора

Незалежне Іа = Імер Іа = Інав

Паралельне Іа = Імер ndash Із Іа = Інав + Із

Послідовне Іа = Імер = Із Іа = Інав = Із

Змішане Іа = Імер ndash Ізш

Ізс = Імер

Іа = Інав + Ізш

Ізс = Інав

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 66: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

показана на рис 45 а для генераторів паралельного послідовного та

змішаного збудження ndash на рис 46

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pз Рис 45 ndash Енергетична діаграма для генератора незалежного збудження

P2

pела

Pем

pмгpмех

P1

pелз

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 67: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

Рис 46 ndash Енергетична діаграма для генераторів паралельного

послідовного та змішаного збудження

Механічні втрати

щтрвентпідшмх рррp (417)

де рпідш ndash втрати у підшипниках

рвент ndash втрати на вентиляцію

ртрщ ndash втрати на тертя щіток

Магнітні втрати

пульсповzмгмгамг ррррр (418)

де мгар ndash втрати в сердечнику якоря

zмгр ndash втрати в зубцях якоря

повр ndash поверхневі втрати в полюсних наконечниках

пульср ndash пульсацій ні втрати в зубцях

Електричні втрати в колі збудження

2 зззел RIр (419)

де Rз ndash опір обмотки збудження

Втрати в перехідних опорах щіткових контактів для щіток однієї

полярності

ащщел ІUp (420)

де ΔUщ ndash спад напруги на один щітковий контакт

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 68: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

Приймається для вугільних і графітних щіток ΔUщ = 1 В і для

металовугільних щіток ΔUщ = 03 В

Електричні втрати (сумарні) для машин паралельного послідовного

та змішаного збудження

щелзелаелел рррр (421)

Електричні втрати (сумарні) для машин незалежного збудження

щелаелел ррр (422)

Сумарні втрати

21 РРp (423)

або

делмгмх ррррp (424)

де рд ndash додаткові втрати

ККД

12

2

21

2

pP

PpP

pPP (425)

Коефіцієнт навантаження

2

2

нннав Р

РIIk (426)

Значення коефіцієнта навантаження при максимумі ККД

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 69: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

maxзм

пост

рр

(427)

де рпост ndash постійні втрати

мхмгпост ppp (428)

рзм ndash змінні втрати

делзм ppp (429)

Максимальний ККД

2

21

2maxmax

постн

пост

рPр

(430)

Номінальний спад напруги в генераторі

1000

н

нн U

UUU (431)

де U0 ndash напруга холостого ходу

Момент на валу двигуна

22

РM (432)

Швидкісна характеристика двигуна

Фc

IRUn

e

aaа (433)

Механічна характеристика двигуна

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 70: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

2ФccMR

ФcUn

мe

a

e

а (434)

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна

0 ФcUn

e

а (435)

Падіння швидкості двигуна

2 ФcІR

ФccMR

ne

аa

мe

a (436)

Пусковий струм при

ndash прямому пуску

a

нп R

UI (437)

ndash реостатному пуску

пa

нп RR

UI

(438)

де Rп ndash пусковий опір (включається послідовно з обмоткою якоря)

Струм якоря двигуна в режимі динамічного гальмування

добa

aa RR

EI

(439)

де Rдод ndash додатковий опір підключений до обмотки якоря (паралельно)

Струм якоря двигуна в режимі електромагнітного гальмування

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 71: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

добa

аaa RR

UEI

(440)

де Rдод ndash додатковий опір підключений послідовно з обмоткою якоря

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 72: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

Література

1 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІV Трансформатори навчальний посібник В В Грабко

М П Розводюк С М Левицький ndash Вінниця ВНТУ 2008 ndash 219 с

2 Електричні машини трансформатори Дистанційний курс ndash

[Електронний ресурс] Режим доступу

httpelearnvntueduuacourse_structurephpCID=256 (дата звернення

21092012) ndash Назва з екрана

3 Вольдек А И Электрические машины А И Вольдек ndash М Энергия

1978 ndash 832 с

4 Грабко В В Електричні машини Розрахунок експлуатаційних

характеристик Курсове проектування навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк ndash Вінниця ВНТУ 2010 ndash 110 с

5 В В Грабко М П Розводюк Електричні машини Розрахунок

експлуатаційних характеристик Курсове проектування електронний

навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим доступу

httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash Назва з

екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір 39079 від

11072011 року

6 Токарев Б Ф Электрические машины учеб пособие для вузов

Б Ф Токарев ndash М Энергоатомиздат 1990 ndash 624 с

7 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч1 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 319 с

8 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина ІІІ Асинхронні машини навчальний посібник В В Грабко

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року

Page 73: 1 ТРАНСФОРМАТОРИ Рекомендована література [1 – 7]. …protsenko.vk.vntu.edu.ua/file/EM/e3f1c596e859fdedacdc8faf0d59c92a.pdfРекомендована

4 Машини постійного струму

М П Розводюк С М Левицький М О Казак ndash Вінниця ВНТУ 2007

ndash 197 с

9 Брускин Д Э Электрические машины в 2-х ч Ч2 учеб для

электотехн спец вузов ndash 2-е изд перераб и доп ДЭ Брускин

АЕ Зорохович ВС Хвостов ndash М Высш шк 1987 ndash 335 с

10 Грабко В В Експериментальні дослідження електричних машин

Частина І Машини постійного струму навчальний посібник

В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко ndash Вінниця ВНТУ 2005 ndash

86 с

11 В В Грабко М П Розводюк І В Грабенко Експериментальні

дослідження електричних машин Частина І Машини постійного

струму електронний навчальний посібник [Електронний ресурс] Режим

доступу httpposibnykyvntueduua (дата звернення 21092012) ndash

Назва з екрана Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір

39712 від 16082011 року