Апаратура керування та захисту

Тематичний

Навчально-методичний комплекс

дисципліни

«Електротехніка, електроніка
та мікропроцесорна техніка»

для студентів

 

 

Тема 7

ЕЛЕКТРИЧНІ машини
змінного струму

 

 

 
Мелітополь, 2012

ВСТУП

 

«Електротехніка, електроніка та міропроцесорна техніка» є фундаментальною дисципліною, на базі якої вивчаються всі інші електротехнічні дисципліни навчального плану спеціальності. У свою чергу фізика та вища математика є базовими для дисципліни «Електротехніка, електроніка та міропроцесорна техніка».

Важливу роль відіграють знання фізичних явищ і законів, зокрема семи електромагнітних: електризації тіл, взаємодії зарядів, електричного струму, теплової дії електричного струму, електромагнетизму, електромагнітної індукції, електромагнітної сили. Тому в тематичному навчально-методичному комплексі дисципліни для студента (ТНМКДС) використовуються основні вихідні знання цих явищ і законів.

ТНМКДС виконано таким чином, щоб студенти мали можливість самостійно вивчити курс електротехніки і електроніки за допомогою базового підручника. Для цього кожна тема дисципліни містить завдання для самостійної пізнавальної діяльності студентів: інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні, логічно-поянтійні, експериментальні, тематичні комплексні кваліфікаційні. Експериментальні дослідження пропонується проводити студентам під керівництвом викладача, для чого вони вичають принципову електричну схему експериментальної установки, продумують, як необхідно провести експеримент і проаналізувати отримані результати. Комплексні кваліфікаційні задання студенти виконують самостійно у відповідності до свого варіанту для чого у ТНМКДС наведено алгоритм розв’язання цих завдань. Всі вказані вище завдання виконуються студентами до початку відповідних занять, у противному випадку студент до занять не допускається. На заняттях в лабораторії проводиться детальний розгляд вивчаємого матеріалу за активної участі студентів. Наприкінці лабораторних занять студенти отримують бали за свою роботу в аудиторії пропорційно позитивній участі у занятті.

Для успішного вивчення курсу електротехніки і електроніки необхідно послідовно та ритмічно виконувати програму, прагнучи повного розуміння матеріалу, що викладається, не пропускаючи жодного розділу, тому що курс електротехніки, електроніки та мікропроцесорної техніки є цільним і безперервним.

Завдання інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні та логічно-понятійні виконуються студентами самостійно в наступному порядку:

- прочитуються й усвідомлюються по базовому підручнику розділи, з яких складені завдання;

- по черзі на поставлені в таблицях запитання й завдання знаходяться, на думку студентів, правильні відповіді з таблиць із такими ж номерами та індексом «а»;

- знайдені номери правильних відповідей проставляються у вихідні таблиці.

Студенти мають можливість переконатися в тому, що вони успішно освоїли навчальний матеріал. Для цього вони окремо підсумовують номери правильних відповідей на непарні запитання та завдання й окремо підсумовують номери правильних відповідей на парні запитання та завдання. Від першої суми віднімають другу суму й одержують певне число. Якщо отримане число збігається із тим числом, що приводиться наприкінці кожної таблиці, то це говорить про повне засвоєння вивченого навчального матеріалу. У випадку розбіжності чисел, отриманих студентом і наведених наприкінці таблиць, студенти повинні розуміти, що навчальний матеріал ними повністю не засвоєний. Тому студентам необхідно повторно опрацювати даний навчальний матеріал.

Таким чином, даний ТНМКДС сприяє самостійній пізнавальній діяльності студентів на трьох рівнях: знань, умінь і творчого мислення, забезпечуючи як вивчення навчального матеріалу, так і розвиток мислення, що є основною вимогою кредитно-модульної системи освіти.

Графік наскрізної самостійної пізнавальної діяльності
студентів з дисципліни
«Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка»

 

№ п/п Номери занять Види завдань
Тема і розділи теоретичного матеріалу Т.7 7.1 Т.7 7.1 – 7.4
Номери таблиць навчаюче-контролюючих завдань 7.1 – 7.4 7.5 – 7.10
Номери лабораторних робіт  
Номери індивідуальних (логічно-понятійних) завдань    
Номер тематичного комплексного кваліфікаційного завдання   ККЗ 7

 

Тема 7

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ЗМІННОГО СТРУМУ

 

7.1 Трифазний асинхронний електродвигун
з короткозамкненим ротором

 

Побудова і принцип дії

Фізичні явища та процеси в елементах конструкції

 

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 7.1

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді
1. Для чого призначений електродвигун?  
2. На якому явищі заснована робота електродвигуна?  
3. Опишіть побудову електродвигуна.  
4. Що розуміється під обертовим магнітним полем?  
5. Як визначити кутову швидкість обертання магнітного поля?  
6. Опишіть принцип дії трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором.  
7. Що розуміється під абсолютним ковзанням трифазного асинхронного електродвигуна?  
8. Як визначити відносне ковзання трифазного асинхронного електродвигуна?  
9. Перелічте фізичні явища, які спостерігаються в обмотці статора електродвигуна.  
10. Перелічте фізичні явища, які спостерігаються в обмотці ротора електродвигуна.  
11. Перелічте фізичні явища, які спостерігаються в магнітопроводі електродвигуна.  
12. Перелічте фізичні явища, які спостерігаються в механічній системі електродвигуна.  

У разі вірного виконання тестів Σнепарних – Σпарних = 4.

Таблиця 7.1а

Номер відповіді Відповіді
1. Тертя в підшипниках, тертя ротора об повітря.
2. Розділити абсолютне ковзання магнітного поля на швидкість обертання магнітного поля.
3. Електричного струму, електромагнетизму, електромагнітної індукції (самоіндукції та взаємній індукції), теплової дії струму.
4. Для перетворення електричної енергії в механічну енергію обертового вала та надавання руху робочої машини.
5. Електромагнітної індукції (взаємній індукції та самоіндукції), електричного струму, електромагнітної сили, електромагнетизму, теплової дії струму.
6. Різниця між швидкостями магнітного поля та ротора.
7. Електромагнітної індукції, вихрових струмів, електромагнітної сили від дії вихрових струмів, теплової дії вихрових струмів, гістерезису, теплової дії гістерезису.
8. Електромагнітної сили.
9. .
10. Амплітуда магнітної індукції якого рівномірно переміщається уздовж окружності статора.
11. При підключенні обмоток статора до трифазного джерела виникає кругове обертове магнітне поле, яке наводить в обмотці ротора е.р.с., під дією якої у ній протікають струми, виникає явище електромагнітної сили, з’являється обертаючий момент і ротор починає обертатися.
12. Складається зі статора (магнітопровід у пази якого укладена трифазна обмотка) і ротора (магнітопровід на валу, в пази якого залита короткозамкнена обмотка), відділених друг від друга повітряним зазором. Всі частини розташовані в корпусі.

Енергетична діаграма

Підключення, пуск, регулювання швидкості обертання,
реверсування та гальмування

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 7.2

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді
1. Складіть енергетичну діаграму електродвигуна.  
2. Які втрати потужності в електродвигуні називають постійними?  
3. Які втрати потужності в електродвигуні називають змінними?  
4. Запишіть вираз для визначення втрат потужності в обмотках електродвигуна.  
5. Запишіть вираз для визначення суми втрат активної потужності в електродвигуні.  
6. Запишіть вираз для визначення коефіцієнта корисної дії електродвигуна.  
7. Запишіть вираз для визначення коефіцієнта потужності електродвигуна.  
8. Як впливають втрати потужності в елементах конструкції на його роботу?  

У разі вірного виконання тестів Σнепарних – Σпарних = –12.

Таблиця 7.2а

Номер відповіді Відповіді
1. .
2.
DРмг
Р1
Р2
DРел.1
DРел.2
DРмх
DРд

 

 
3.
4. Втрати потужності в механічній системі та в магнітопроводі.
5. DPЕЛ = 3∙( R1∙I12 + R’2∙I’22 ).
6. Втрати активної потужності в обмотках статора і ротора та додаткові втрат.
7. При їх збільшенні знижується коефіцієнт корисної дії та збільшується нагрів елементів конструкції.
8. .

Підключення, пуск, регулювання швидкості обертання,
реверсування та гальмування

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 7.3

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді
1. Як з'єднати обмотки статора електродвигуна зіркою?  
2. Як з'єднати обмотки статора електродвигуна трикутником?  
3. Як підключити електродвигун до мережі?  
4. Запишіть вираз для визначення моменту на валу електродвигуна по заданим потужності на валу та кутовій швидкості обертання.  
5. Запишіть вираз для визначення моменту на валу електродвигуна при відхиленні напруги на його затискачах.  
6. Як змінюється момент на валу електродвигуна при переключенні обмоток статора з зірки на трикутник?  
7. Перелічте способи пуску електродвигуна.  
8. Запишіть рівняння швидкості обертання ротора електродвигуна.  
9. Запишіть рівняння кутової швидкості електродвигуна.  
10. Перелічте способи регулювання швидкості обертання електродвигуна, вказавши технічні засоби для їх реалізації.  
11. Як змінити напрям обертання електродвигуна?  
12. Перелічте способи гальмування електродвигуна.  
13. Поясніть сутність самогальмування.  
14. Поясніть сутність гальмування противовключенням.  
15. Поясніть сутність динамічного гальмування.  

У разі вірного виконання тестів Σнепарних – Σпарних = 36.

Таблиця 7.3а

Номер відповіді Відповіді
1. - зміною частоти струму в обмотці статора електродвигуна за допомогою регулятора частоти; - зміною кількості пар полюсів електродвигуна, для чого застосовують двигуни зі спеціальною обмоткою статора; - зміною ковзання, для чого змінюють напругу, що підводиться до обмоток статора, за допомогою регулятора напруги.
2. .
3. Реверсування електродвигуна і його відключення від живильної мережі при зупинці ротора.
4. .
5. Самогальмування; гальмування противовключенням; динамічне гальмування.
6. Збільшується в три рази.
7. .
8. Відключення електродвигуна від живильної мережі, у результаті чого відбувається його природне гальмування в міру припинення дії інерційних сил.
9. .
10. Затискачі з’єднують так: С4 із С2, С5 із С3, С6 із С1.
11. Поміняти місцями два будь-яких проводи із трьох, якими до обмоток статора підводиться напруга.
12. За допомогою трьох проводів, які підключають до початків обмоток статора.
13. Затискачі С4, С5, С6 поєднують у загальний вузол.
14. Відключення електродвигуна від живильної мережі та подача на обмотки статора постійної напруги.
15. Прямий та при зниженій напрузі.

Технічні параметри

Механічна характеристика

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 7.4

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді
1. Перелічте номінальні параметри електродвигуна.  
2. Запишіть вираз для розрахунку номінального значення сили фазного струму електродвигуна за паспортним даними.  
3. Що розуміється під механічною характеристикою електродвигуна?  
4. Зобразіть якісно механічну характеристику електродвигуна і покажіть на ній ділянки, які відповідають руховому, генераторному й гальмовому режимам.  
5. Запишіть рівняння механічної характеристики робочої машини.  
6. Зобразіть якісно механічні характеристики робочої машини.  
7. Зобразіть якісно на одній площині механічні характеристики електродвигуна і робочої машини. Покажіть робочу точку.  
8. Що таке робоча точка механічної характеристики?  

У разі вірного виконання тестів Σнепарних – Σпарних = 0.

Таблиця 7.4а

Номер відповіді Відповіді
1. .
2. Точка перетину механічних характеристик електродвигуна та робочої машини.
3. – механічна потужність, кВт; – частота живильної мережі, Гц; – діюче значення лінійної напруги обмоток статора, В; – схеми з'єднання обмоток статора; – діюче значення лінійного струму обмоток статора, А; – швидкість обертання вала, об/хв; – коефіцієнт корисної дії, %; – коефіцієнт потужності;
4.
Робоча точка
w
рад/с
М
Н×м
Моп
М
wн
Мн

 
5. Залежність кутової швидкості обертання ротора електродвигуна від моменту на його валу w = f (М).
6. .
7.

w
рад/с
Моп
Н×м
М0

1) не залежна від швидкості (х = 0).

2) лінійно-зростаюча (х = 1).

3) параболічна (х = 2).

 

 
8.

w
рад/с
М
Н×м
w0
режим двигуна
режим генератора
режим електромагнітного гальма

 

Розрахунок механічної характеристики

 

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 7.5

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді
1. Зобразіть якісно механічну характеристику електродвигуна, покажіть на ній п'ять основних точок, укажіть їх координати.  
2. Перелічте паспортні та каталожні дані, які необхідні для розрахунку механічної характеристики.  
3. Що розуміється під кратностями моментів електродвигуна?  
4. Приведіть алгоритм розрахунку механічної характеристики електродвигуна за паспортними і каталожними даними.  
5. Запишіть вираз для розрахунку синхронної кутової швидкості обертання електродвигуна.  
6. Запишіть вираз для розрахунку номінальної кутової швидкості обертання електродвигуна.  
7. Запишіть вираз для розрахунку критичної кутової швидкості обертання електродвигуна.  
8. Запишіть вираз для розрахунку мінімальної кутової швидкості обертання при пуску електродвигуна.  
9. Запишіть вираз для розрахунку номінального моменту електродвигуна.  
10. Запишіть вираз для розрахунку критичного моменту електродвигуна.  
11. Запишіть вираз для розрахунку мінімального моменту при пуску електродвигуна.  
12. Запишіть вираз для розрахунку пускового моменту електродвигуна.  

У разі вірного виконання тестів Σнепарних – Σпарних = 10.

Таблиця 7.5а

Номер відповіді Відповіді
1. w0 =2p ∙ n0 / 60.
2. wн = w0 ∙ (1– sн ).
3. Номінальна потужність (Р2н); кількість пар полюсів (р); частота струму (f); номінальна швидкість обертання (nн); критичне ковзання (sкр); мінімальне ковзання (smin); кратність критичного моменту (mкр); кратність мінімального моменту (mmin); кратність пускового моменту (mп).
4. Відношення зазначених моментів до номінального моменту.
5. Мкр = mкр ∙ Мн.
6. wmin = w0 ∙ (1– smin ).
7.

w
рад/с
М
Н×м
1) w = 0; М = Мп ;

2) w = wmin; М = Мmin ;

3) w = wкр; М = Мкр ;

4) w = wн; М = Мн ;

5) w = w0; М = 0 .
8. Мп = mп ∙ Мн.
9. Мн = Р2н / wн.
10. 1. Визначаєтья синхронна кутова швидкість обертання (w0). 2. Визначаєтья номінальна кутова швидкість обертання (wн). 3. Визначаєтья критична кутова швидкість обертання (wкр). 4. Визначаєтья мінімальна кутова швидкість обертання (wmin). 5. Визначаєтья номінальний момент (Мн). 6. Визначаєтья критичний момент (Мкр). 7. Визначаєтья мінімальний момент при пуску (Мmin). 8. Визначаєтья пусковий момент (Мп).
11. wкр = w0 ∙ (1– sкр) .
12. Мmin = mmin ∙ Мн.

 

Апаратура керування та захисту