Файл: УрГУПС КурсЭМ.pdf

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электрические машины»

В. Ф. Григорьев А. В. Бунзя

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ЭЛЕКТРОПРИВОД

Екатеринбург Издательство УрГУПС

2011

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрические машины»

В. Ф. Григорьев А. В. Бунзя

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ЭЛЕКТРОПРИВОД

Методические рекомендации к изучению дисциплины для студентов специальности

190303 – «Электрический транспорт железных дорог» заочной формы обучения

Екатеринбург Издательство УрГУПС

2011

УДК 535

Г83

Григорьев, В. Ф.

Г83 Электрические машины и электропривод : метод. рекомендации / В. Ф. Григорьев, А. В. Бунзя. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2011. – 11 с.

Методические рекомендации составлены в соответствии с учебным планом для студентов заочной формы обучения специальности190303 – «Электрический транспорт железных дорог» к изучению дисциплины «Электрические машины и электропривод».

Рекомендуются при подготовке к экзаменам и лабораторным работам, а также при выполнении курсовой работы по дисциплине «Электрические машины и электропривод».

УДК 535

Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Авторы: В. Ф. Григорьев, профессор кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, УрГУПС

А. В. Бунзя, доцент кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, УрГУПС

Рецензент: М. Г. Дурандин, доцент кафедры «Электрическая тяга», канд. техн. наук, УрГУПС

©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2011

3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дисциплина «Электрические машины и электропривод» изучается студентами специальности 190303 – «Электрический транспорт железных дорог» в соответствии с учебным планом на IV курсе.

Программой дисциплины «Электрические машины и электропривод» предусматривается изучение следующих разделов:

1.Трансформаторы.

2.Асинхронные машины.

3.Синхронные машины.

4.Машины постоянного тока.

При изучении курса электрических машин студенты-заочники в основном работают над учебным материалом самостоятельно; кроме того, слушают обзорные лекции и выполняют лабораторные работы в каждом семестре, выполняют контрольную работу 1 и курсовую работу в первом полугодии и контрольную работу 2 во втором полугодии.

Выписка из учебного плана для студентов заочного обучения специальности 190303 – «Электрический транспорт железных дорог»

«+» – планируется указанный вид занятий.

4

Лабораторная сессия. До лабораторной сессии студент должен, используя рекомендуемую литературу, подготовиться к проведению лабораторных работ: изучить принцип работы, конструкцию и порядок снятия характеристик соответствующих электрических машин.

Для самопроверки во время подготовки к выполнению и защите лабораторных работ студенту рекомендуется использовать контрольные вопросы, приведенные на с. 9–11.

Экзаменационная сессия. Во время подготовки к экзаменам необходимо проработать материал по учебникам в той последовательности, которая предусмотрена программой курса. Не рекомендуется изучать новый раздел курса, не усвоив хорошо предыдущий материал.

Для закрепления изученного материала и самопроверки рекомендуется использовать контрольные вопросы и задачи.

Требования, предъявляемые на экзамене к знаниям студента по курсу «Электрические машины и электропривод». Студент-заочник должен хо-

рошо усвоить принцип действия и основные соотношения, которые характеризуют процессы в электрических машинах постоянного и переменного , тока научиться строить их характеристики и диаграммы, уметь их объяснить. По ходу анализа учебного материала следует записать формулу, например, частоты вращения двигателя постоянного тока и, анализируя ее, начертить скоростную характеристику.

Выполнение контрольной работы и курсовой работы. После усвоения теоретической части курса следует приступить к выполнению контрольной работы и курсовой работы. При выполнении контрольной и курсовой работ необходимо применять стандартные условные обозначения электрических величин и их единиц, условные графические обозначения элементов электрических цепей. Характеристики и диаграммы следует выполнять в масштабе на миллиметровой бумаге.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Трансформаторы Устройство трансформаторов. Теория их рабочего процесса. Уравнения

магнитодвижущей силы (м.д.с.) и напряжений первичной и вторичной обмоток. Приведенный трансформатор. Электрическая схема замещения приведенного трансформатора. Опытное определение параметров схемы замещения. Холостой ход и короткое замыкание трансформатора. Изменение напряжения и внешняя характеристика трансформатора. Регулирование напряжения трансформаторов. Схемы и группы соединения трехфазных трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов. Потери и коэффициент полезного действия. Классификация и определение электрических, магнитных потерь. Коэффициент полезного действия и зависимость его от нагрузки.

5

2. Асинхронные машины Устройство асинхронных машин. Статорные обмотки. Принципы их об-

разования и классификации. Области применения обмоток различного типа. Теория их рабочего процесса. Уравнение электрического состояния цепей статора и ротора. Приведение рабочего процесса асинхронной машины к рабочему процессу трансформатора. Электрические схемы замещения асинхронной машины. Режимы их работы. Энергетическая и круговая диаграммы асинхронных машин. Электромагнитный момент асинхронной машины. Рабочие характеристики асинхронных двигателей. Пуск и регулирование частоты вращения. Однофазный асинхронный двигатель. Работа трехфазного двигателя в однофазном режиме. Индукционный регулятор. Преимущества и недостатки асинхронных двигателей.

3. Синхронные машины Устройство синхронных машин. Теория рабочего процесса синхронных

машин неявнополюсного и явнополюсного исполнения. 4. Машины постоянного тока 4.1. Общие вопросы

Устройство машин постоянного тока; способы их возбуждения. Устройство и назначение коллектора. Якорные обмотки, принципы их образования и основные расчетные соотношения.

Электродвижущая сила обмотки якоря, электромагнитные мощность и момент. Уравнение равновесия моментов. Реакция якоря. Влияние магнитодвижущей силы якоря на основной магнитный поток. Компенсационная обмотка, ее назначение и устройство. Коммутация, основные понятия и зависимости ее характеризующие. Способы улучшения коммутации.

4.2. Генераторы постоянного тока Принцип действия генератора постоянного тока. Характеристики генера-

торов независимого, параллельного и смешанного возбуждения. Процесс самовозбуждения генераторов параллельного возбуждения.

4.3. Двигатели постоянного тока Основные соотношения, характеризующие работу двигателей постоянно-

го тока. Электромеханические и рабочие характеристики двигателей постоянного тока независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Пуск в ход и реверсирование двигателей. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Трансформаторы

1.Исследование трансформатора в режиме холостого хода и короткого замыкания.

2.Группы соединения трехфазных трансформаторов.

6

Асинхронные машины

3.Индукционный регулятор.

4.Сравнение рабочих характеристик асинхронного двигателя, полученных экспериментально и построенных по круговой диаграмме.

5.Исследование трехфазного асинхронного двигателя в однофазном ре-

жиме.

Машины постоянного тока

6.Исследование генераторов постоянного тока с независимым возбуж-

дением.

7.Исследование генераторов параллельного и смешанного возбуждением.

8.Пуск и рабочие характеристики двигателей параллельного возбуж-

дения.

9.Пуск и рабочие характеристики двигателей последовательного возбу-

ждения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Для подготовки к защите лабораторных работ

Трансформаторы (лабораторные работы 1, 2)

1. Принцип действия и основные элементы конструкции трансформатора. Основной магнитный поток и его зависимость от величины напряжения первичной обмотки.

Опыт холостого хода трансформатора. Физический смысл тока и мощности холостого хода.

Опыт короткого замыкания. Физический смысл напряжения и мощности короткого замыкания.

Приведенный трансформатор.

Электрическая схема замещения приведенного трансформатора. Опытное определение параметров схемы замещения.

Потери и КПД трансформатора. Зависимость потерь и КПД от нагрузки. Изменение напряжения трансформатора.

2. Маркировка начал и концов обмоток трансформатора.

Группа соединения обмоток трехфазного трансформатора. Способы изменения группы соединения.

Сравнение группы соединения обмоток параллельно работающих трансформаторов.

7

Асинхронные машины (лабораторные работы 3, 4, 5)

1.Условия создания вращающегося поля. Устройство, назначение и принцип действия индукционного регулятора. Особенности работы индукционного регулятора при правильной и неправильной схемах включения обмоток статора и ротора.

Соотношение между электрическими и геометрическими градусами. Отличие индукционного регулятора от фазорегулятора.

2.Принцип действия и особенности конструкции асинхронных двигателей. Сравнение изоляции обмоток короткозамкнутого ротора и ротора с контактными кольцами.

Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя. Их определение по показаниям измерительных приборов.

Объяснить небольшую величину КПД и коэффициента мощности в -об ласти малых нагрузок.

Способы пуска трехфазного асинхронного двигателя. Зависимость пускового момента и пускового тока от напряжения статора.

Сравнение относительной величины тока холостого ход трехфазного асинхронного двигателя и трехфазного трансформатора той же мощности.

3.Условия создания кругового вращающегося магнитного поля трехфаз-

ной и двухфазной обмоток статора.

Магнитное поле однофазной обмотки статора. Оценка пускового момента однофазного асинхронного двигателя. Пуск двигателя с одной обмоткой на статоре.

Создание кругового вращающегося поля при питании двигателя от однофазной сети.

Конденсаторный двигатель.

Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

Отличие рабочих характеристик асинхронного двигателя в трехфазном и однофазном режимах.

Машины постоянного тока (лабораторные работы 6, 7, 8, 9)

1.Основные элементы конструкции генератора постоянного тока. Их назначение.

Принцип действия генератора постоянного тока.

Методика снятия характеристик холостого хода, внешней, нагрузочной, регулировочной, короткого замыкания. Теоретически объяснить вид всех характеристик генератора.

2.Схема соединения обмоток генератора независимого возбуждения.

8