Лекції по електромеханічним пристроям комп'ютеризованих систем - файл n8.doc

Лекції по електромеханічним пристроям комп'ютеризованих систем
скачать (471.1 kb.)
Доступные файлы (8):
n1.doc557kb.20.12.2008 03:08скачать
n2.doc206kb.11.04.2004 00:13скачать
n3.doc297kb.02.06.2004 11:01скачать
n4.doc267kb.11.04.2004 00:23скачать
n5.doc244kb.11.04.2004 01:21скачать
n6.doc283kb.11.04.2004 00:18скачать
n7.doc299kb.11.04.2004 01:19скачать
n8.doc254kb.11.04.2004 01:23скачать

n8.doc

Завдання 5.9.1. Чотирохобмотковий трансформатор.

Основні положення та формули


Припустимо, що ми маємо трьохобмотковий трансформатор рис.5.10.1.



- миттєве значення первинної напруги (N- порядковий номер студента у групі); - циклічна частота, с-1 ; - час, сек), В.

f1=50 Гц – частота напруги первинної обмотки W1.

=10 A – ефективне значення номінального струму первинної обмотки W1.

R1 = 0,02N - активний опір первинної обмотки W1, Ом.

L1S = 0,02N/(2?f1) – індуктивність розсіяння первинної обмотки W1, Гн.

W1 =14,15N – кількість витків первинної обмотки, ціле число.

W21 = W1/2, W22 = W1/3, W23 = W1/4– кількість витків вторинної обмотки, ціле число.

R21 = 0,005N, R22 = 0,004N, R23 = 0,003N- активний опір вторинних обмоток W21, W22, W23, Ом.

L21S =0,1N*10-4, L22S =0,2N*10-4, L23S =0,3N*10-4 - індуктивності розсіяння вторинних обмоток W21, W22, W23, Гн.

R21Н = 0,25N, R22Н = 0,2N, R23Н =0,15N- активний опір навантаження вторинних обмоток W21, W22, W23, Ом.

L21Н =0,001N, L22Н =0,002N, L23Н = 0,0032N- індуктивності навантаження вторинних обмоток W21, W22, W23, Гн.

Індуктивності та взаємоіндуктивності обмоток, обумовлені робочим магнітним потоком трансформатора, розраховуються по формулах:

L1M=W12D; L21M=W212D; L22M=W222D; L23M=W232D;

M1,21=W1W21D; M1,22=W1W22D; M1,23=W1W23D;

M21,22=W21W22D; M21,23=W21W23D; M22,23=W22W23D;

Ф=іmW1D – робочий магнітний потік трансформатора;

іmW11W121W2122W2223W23 – формула для розрахунку миттєвого значення струму намагнічування іm;

- магнітна проводимість магнітопровода,

де n – кількість участків магнітопровода довжиною Lk, у межах якого активне січення сталі Пk і магнітна проникненістьє постійними величинами.

Використовувати значення D=(4/N)10-5.

Розрахувати:

1.Дійсне ефективні значення струмів в обмотках.

2.При розімкнених вторинних обмотках розрахувати перехідні процеси (струм, магнітний потік в залежності від часу) шляхом моделювання роботи первинної обмотки W1 трансформатора. Порівняти отриманий струм холостого хода перехідного процесу з розрахованим струмом холостого хода для сталого режиму.

3.Для заданих параметрів отримати зміну у часі магнітного потоку при вмикненні первинної та однієї (двох, трьох) вторинної обмотки.

4.У трансформаторі магнітний потік замість синусоїди змінюється по лінійному закону у вигляді ламаних ліній з вказаною вище частотою і амплітудою Фm=0,0032 Вб. Показати залежність зміни у часі ЕРС е1, е21, е22, е23, зміну струму намагнічування, зміну струмів обмоток (частка обмоток може бути розімкненою).
Завдання 5.9.2. Трансформатор, вмикнений на однофазний напівперіодний випрямляч з фільтром.

Однофазний трансформатор вмикнений на однофазний напівперіодний випрямляч з фільтром на виході (рис.5.10.2). Скласти програму по моделюванню процесів в схемі при наведених нижче параметрах.


При цьому використати рівняння:

;

;

;

;

,

де ; ; ; ;

r1=4/N Ом; L1=5/(N?) Гн; rm=100/N Ом; Lm=4000/(N?) Гн;

r21 =5/N Ом; L21 =6/(N?) Гн;

r2H1 =220/N Ом; L2H1 =100/(N?) Гн; С1= 100N*10-6 Ф;

Р- перемикаюча функція, яка приймає значення “1”, коли діод VD вмикнений та “0”, коли він не проводить струм.

Діод VD проводить струм, коли і21 >0, та не проводить струм, коли і21 <0. Розрахунок перемикаючої функції Р проводять згідно логічним умовам

P:=0; IF і21 >0 OR і2N1 >0 THEN P:=1;

Тут

,

де =107 Ом – активний опір діода в замкненому стані.

Завдання 5.9.3. Моделювання роботи трансформатора при різних частотах та напругах.

Трансформатор частотою 60 Гц в режимі холостого ходу зменшує частоту до 15 Гц, або збільшує напругу – в 4 рази. Отримати значення u(t), Ф(t), i1(t) для початкового, серединного та кінцевого режимів. Напруга живлення змінюється по синусоідальному закону

,

де -циклічна частота, с-1; - частота, Гц; - час, с; UМ – амплітуда напруги, В.

При роботі трансформатора повинна дотримуватись рівність

,

де r1, L1, W1 - активний опір, індуктивність розсіяння, кількість витків первинної обмотки.


Як ми бачимо тут ЕРС Е1 первинної обмотки взята зі знаком “+”. Пояснюється це тим, що ми спочатку в ЕРС перед похідною з магнітного потоку ставимо знак “-”, а потім вводимо саму ЕРС у рівняння трансформатора зі знаком “-”.

Струм намагнічування змінюється згідно приблизного рівняння

, (1)


З рівності

отримуємо dФm/dt=[W1/(A1+5A2Ф4)](di/dt), або


. (2)

По цьому рівнянню визначити струм і1, а потім по формулі (1) – значення магнітного потоку Ф для його використання у наступному кроці чисельного програмування. Магнітний потік визначити з формули (1) методом половинного ділення кроку, бо максимальне значення потоку нам відоме.

Виконати програмування для наступних даних.


N - порядковий номер студента у групі. Початкові значення змінних визначаються студентом. Визначити мінімальне значення кількості витків первинної обмотки W1, при якій стає помітним вплив насичення (поява третьої гармоніки у струмі намагнічування).

Потужність трансформатора S1=20N ВА. Січення (см2) сердечника QC=7. Магнітний потік (Вб) для номінального режиму Фm=ВQC10-4=1,2 QC10-4. Ефективне значення напруги U1E1=4,44f1W1Фm=220 В, звідки кількість витків обмотки W1=U1/(4,44f1Фm). Якщо частота й напруга відрізняються від номінальних значень, то Фm= U1/(4,44f1W1).

r1=1,5 Ом ; L1=0,004 Гн; f1=60 Гц; ; DT:=TM/100; .

З рівнянь

W1(0,2іm) =A1 (0,4Фm) +A2(0,4Фm) 5 ; W1(0,7іm) =A1 (0,8Фm) +A2(0,8Фm) 5 ; W1іm=A1Фm+A2 Фm5

визначити величини іm, А1, А2.

Завдання 5.9.4. Спрощене проектування малопотужних (S2 =10…1000 ВА) трансформаторів


Завдання для розрахунку трансформатора:

1.Розрахувати двохобмотковий однофазний стержневий (броневий) трансформатор (автотрансформатор) потужністю S2 = 20N, ВА, де N – порядковий номер студента у групі. Трансформатор може бути заданим також трьохфазним. Первинна та вторинна обмотки з кількістю витків та розміщені разом на одному стержені.

2.Ефективне значення фазної напруги первинної обмотки U=220 В; фазна напруга вторинної обмотки U=110 В; частота f=50Гц.

Спочатку розраховуємо вторинну потужність трансформатора:

S2=U2I2— для однофазних трансформаторів, ВА; S2 = 3U2ФІ— для трьохфазних трансформаторів, ВА, де U2—вторинна напруга, В; І2 — вторинний струм, А; U—вторинна фазна напруга, В; І — вторинний фазний струм, А.

Тоді первинна потужність трансформатора (В*А)

S1 = S2/?,

де ?=0,82+0,0009*S2 – ККД для трансформаторів потужністью S2=10..100 ВА;

?=0,904+0,00006*S2 – ККД для трансформаторів потужністью S2=100..1000 ВА.

Поперчне січення сердечника трансформатора Qc (см2) визначають по емпіричним формулам:

—для трансформаторів стержневого типу (рис. 1, a),

—для трансформаторів броневого типу (рис. 1, б) ;

—для трьохфазних трансформаторів (рис. 1, в),

де f — частота струму, Гц; k — постійна (4—6 для масляних и 6—8 для повітряних трансформаторів); для поперечного січення стержня автотрансформатора постійна k збільшується на 15—20%.



Січение стержня має квадратну, прямокутну або ступінчасту форму, вписанну у коло. Стержні прямокутного січення використовують для трансформаторів до 700 В-А.

Величину а визначаємо з рівняння для сечение (см2)

Qc = a * b=(1,2...1,8)а2 ,

де b/а= 1,2-1,8; а — ширина пластин, см; b — товщина пякета пластин, см.

Высота (см) прямокутного стержня

Нс= (2,5-7-3,5)*а.

Ширина вікна сердечника (див. рис. 5.10.3) с = Нс/m, де m = 2,5…3.

Січение ярма трансформатора с урахуванням изоляції між листами дорівнює qЯ= (1,0…1,15) Qc — для трансформаторів стержневого типу; qЯ= [(1,0…1,15) Qc]/2 - для трансформаторів броневого типу.

Струми первинної и вторинної обмоток дорівнюють:

; —для однофазних трансформаторів;

; для трьохфазних трансформаторів,

де Uл1 л и Uл2 — линійні напруги первинної и вторинної обмоток. При зєднуванні обмоток в зірку , а в трикутник (тут — фазна напруга).

Для автотрансформаторів (рис.2) струми розраховуються за формулами

; .


Припустиму густину струму в обмотках трансформатора можна розрахувати по формулах:

j=4,8-0,023*S2 –для трансформаторів потужністю S2=10..100 ВА, A/мм2;

j=2,6-0,0014*S2 –для трансформаторів потужністью S2=100..1000 ВА , A/мм2;

Січения проводів (мм2) первинної та вторинної обмоток визначають по формулах:

; - для одно- и трехфазных трансформаторов, мм2;

; - для понижуючого автотрансформатора (рис.2,а), мм2;

; - для підвищуючого автотрансформатора (рис. 2, б), мм2,

де s1 та s2 - сечения проводів первинної и вториної обмоток, мм2; j — густина струму в обмотці, А/мм2.

Число витків первинної (W1) и вторинної (W2) обмоток:

; для одно- и трьохфазних трансформаторів;

; — для понижуючого автотрансформатора (рис. 2, a);

; - для підвищуючого автотрансформатора (рис. 2,б),
где

ВС =1,1+0,0024*S2 – магнітна індукція в сердечнику для трансформаторів потужністью S2=10…100 ВА, (збільшується із зростанням потужності)Тл;

ВС =1,38-0,00033*S2 – магнітна індукція в сердечнику для трансформаторів потужністью S2=100…1000 ВА (зменшується із зростанням потужності), Тл.

Для компенсации втрат напруги в проводах обмоток треба збільшити число витків вторинних обмоток на 5—10%. Радиолюбители звичайно визначають число витков на 1 В робочої ефективної напруги по емпірічній формулі

,

де 55 — постійна величина для трансформаторної сталі.

Далі визначають кількість витків первинної та вторинної обмоток W1= W0U1; W2= (1,05…1,1)W0U2.

Після розрахунку основних даних трансформатора треба перевірити можливість розміщення обмоток в вікні магнітопровода.

При спрощеній перевірці по наружному диаметру провода и числу витків находимо площау, яку займає кожна обмотка в вікні сердечника. Підсумкову площу обмоток порівнюємо з площою вікна магнітопровода , тобто визначаємо коеффіцієнт заповнения вікні сердечника обмоткою

де — площа, яку займає дві обмотки; - диаметр провода з изоляцією первиної та вториної обмоток; W1, W2 — число витків первиної та вториної обмоток;
QВ =сНС — площа вікна сердечника трансформатора.

Коеффіцієнт заповнення вікна сердечника обмоткою для малопотужних трансформаторів має значення =QОБМ/ QВ =0,2…0,4.

Таким чином, визначаємо QВ =QОБМ0 = сНС, задаємось НС й розраховуємо усі інші показники. Порівнюємо отримані дані з визначиними перед цим величинами. Або можна обрати й використати стандартні розміри заліза трансформатора визначеної потужності.

Завдання 6.5.1. Спроектувати трьохфазну петлеву та хвильову обмотки машини змінного струму для кількості полюсів 2р=2, кільксті пазів на полюс та фазу , де N – порядковий номер студента у групі. Для отриманої обмотки розрахувати для 1-ої, 3-ої та 5-ої гармонік коефіцієнти: скорочення кроку, скосу, розподілу секцій. Розрахувати обмотковий коефіцієнт для вказаних гармонік.


Завдання 7.11.1. Розрахунок характеристик асинхронних машин.

Розрахувати природні дані трьохфазної АМ для Г-образної схеми заміщення

U1HФ=220 В; f1H=50 Гц; m1=3; 2p=2; PH=N кВт; cos1H=0,82; H=0,78; cosm=0,11;

; x1+xm= U1HФ/(0,3I1H); r1+rm=(x1+xm) cosm;

R1=4/I1H; R2=5/I1H; X1=4/I1H; X2=5/I1H; x1=X1/1,06; r1 =R1/1,06 .

Привести Г-образну схему заміщення з вказаними параметрами. Розрахувати механичну характеристику М=f1(n) та залежності первинного струму І1= f2(n) та коефіцієнта потужності cos1= f3(n) від частоти обертання:

1.Природні характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) для режима двигуна та генератора.

2. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при R=0; R=5 R2; R=10 R2 для n=0...3000 об/хв.

3. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при U1Ф=U1HФ; U1Ф=0,7U1HФ; U1Ф=0,5U1HФ для n=0...3000 об/хв.

4. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при 2р=2; 2р=4; 2р=8 для n=0...3000 об/хв.

5. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при f1= f1H; f1=0,6 f1H; f1= 0,4f1H для n=0...3000 об/хв.

6. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при (X1+X2 +X) =(X1+X2); (X1+X2 +X) =3(X1+X2) для n=0...3000 об/хв. Змінювати параметр x1Д= X /1,06 у ланцюгу намагнічування.

7. Характеристики М=f1(n), І1= f2(n), cos1= f3(n) при (R1 +R)= R1; (R1 +R)=10R1 для n=0...3000 об/хв.

Змінювати параметр r1Д= R /1,06 у ланцюгу намагнічування.

Для всіх отриманих механічних характеристик для режимів двигуна навести два моменти опору: постійний МПН=const та вентіляторний МВН(n/nH)2, де МН(РН103) /(2f1H/p). Показати робочі точки привода на механічних характеристиках.


Завдання 8.14.1. Розрахувати механічну характеристику та фазний струм обмотки статора при асинхронному пуску СМ для наведених нижче даних.

РН=(1500+100N) - номінальна потужність (кВт);

r1=0,005+0,000002(4500-РН) - активний опір фази статора (в.о.);

U1H=400 - номінальна фазна напруга ( B);

х1= 0,103+0,00001(4500- РН) - індуктивний опір розсіяння фази статора(в.о.);

cos1H=0,8 - номінальний коефіцієнт потужності;

xad=2,1– індуктивний опір повздовжної реакції якоря (в.о.);

І=103РН/(3U1Hcos1H)- номінальний фазний струм (A);

rf=0,001+0,000001(4500- РН) - активний опір обмотки збудження (в.о);

n1H=1500- номінальна частота обертів (об/хв);

xf =0,207+0,00007(4500- РН) -iндуктивний опір обмотки збудження (в.о.);

Z= U1H/ І – базисний опір (Ом);

rcd =0,043+0,00005(4500- РН) - активний опiр розсiяння стабілізуючої (пускової) обмотки по поздовжнiй осi (в.о.);

f1H=50- частота мережі (Гц);

xcd =0,1+0,00002(4500- РН) - iндуктивний опiр розсiяння стабілізуючої (пускової) обмотки по поздовжнiй осi (в.о.);




xaq=0,9– індуктивний опір поперечної реакції якоря (в.о.);




rcq =0,03+0,00005(4500- РН) - активний опiр розсiяння стабілізуючої (пускової) обмотки по поперечній осi (в.о.);




xcq=0,07+0,00002(4500- РН) - iндуктивний опiр розсiяння стабілізуючої (пускової) обмотки по поперечній осi (в.о.);




J=0,03 РН момент інерції (кгм2);




ifH=(80+0,01РН)- струм збудження (A).



Завдання 8.14.2. Скасти програму синхронізації СМ з мережею орієнтуючись на дані завдання 8.1.

Завдання 8.14.3.Розрахувати кутові характеристики Р=f1(), M= f2() по даних завдання 8.1. Побудувати механичні характеристики СМ M= f2(n1). Розрахувати ударний струм к.з. - фазний струм раптового короткого замикання (КЗ). Розрахувати струм сталого КЗ.

Завдання 8.14.4. Розрахувати U-образні характеристики СГ по даних завдання 8.1.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации