Электротехника

Электротехника

Задача № 1

Расчет индуктора для электросушки железобетонных изделий Условие задачи
Для обеспечения индуктивного нагрева малогабаритных железобетонных изделий сложной конфигурации применяется индуктор в виде катушки индуктивности без сердечника, выполненной из провода с электрическим сопротивлением R. При включении индуктора в сеть переменного тока с частотой f = 50 Гц и действующим значением напряжения U ток в катушке имеет действующее значение I1. Исходные данные для 100 вариантов приведены таблице 1.

Исходные данные к задаче №1

Задание к задаче №1

Часть 1

Требуется:

1.1. Для указанных условий начертить (скопировать) эквивалентную схему замещения катушки индуктивности, включенной на переменное напряжение (см. рис. 1,а).

1.2. Определить полное сопротивление катушки ZK и ее индуктивное сопротивление XL.

1.3. Рассчитать индуктивность катушки L (в миллигенри – мГн) и коэффициент мощности катушки cosφ1.

1.4. Рассчитать падения напряжений UR и UL на активном R и индуктивном XL сопротивлениях катушки.

1.5. Определить активную мощность P1, реактивную индуктивную мощность Q1 и полную мощность S1 катушки индуктивности.

1.6. Для катушки индуктивности построить в масштабе векторную диаграмму с указанием фазового угла φ1.

Часть 2.

Для изменения энергетических характеристик индуктора параллельно его обмотке подключают конденсатор С с емкостным сопротивлением ХС.

Требуется:

2.1. Начертить (скопировать) электрическую схему включения катушки параллельно конденсатору (рис. 1,б).

2.2. Определить ток IC протекающий по конденсатору.

2.3. Рассчитать ток I2, потребляемый этой цепью и коэффициент мощности цепи cosφ2.

2.4. Определить относительное уменьшение тока, потребляемого цепью I2/I1 при включении конденсатора.

2.5. Определить активную Р2, реактивную Q1 и полную S1 мощности этой цепи.

2.6. Построить в масштабе векторную диаграмму и треугольник мощностей для данной цепи, совмещенный с треугольником мощностей для случая катушки без конденсатора.

2.7. Ответить письменно на вопросы:

— Как влияет на коэффициент мощности цепи параллельное подключение конденсатора к индуктивной нагрузке?

— Зачем необходимо повышать коэффициент мощности электроустановки, имеющей активно-индуктивный характер нагрузки?

Часть 3.

Обмотку индуктора и конденсатор соединяют последовательно.

Требуется:

3.1. Начертить (скопировать) электрическую схему последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора (см. рис. 1,в).

3.2. Определить полное сопротивление Z3 и ток I3 в цепи. 3.3.Рассчитать падения напряжения U’R, U’L, U’C на участках цепи. 3.4.Построить в масштабе векторную диаграмму для данной цепи.

Задача № 2

Расчет цепи питания трехфазной электрической печи Условие задачи
В трехфазную сеть переменного тока с линейным напряжением UЛ, включена треугольником трехфазная электрическая печь, состоящая из трех одинаковых секций-электроприемников, сопротивлением R каждая (см. рис. 6).

Исходные данные к задаче для 100 вариантов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Исходные данные к задаче 2

Задание к задаче №2

Требуется:

1. Начертить (скопировать) схему включения треугольником секций печи с обозначением фазных и линейных токов и напряжений (рис. 6).

2. Начертить (скопировать) схему включения секций печи звездой (см. рис. 7). Обозначить на схеме линейные и фазные напряжения и токи.

3. Определить фазные напряжения UФY, линейные IЛY и фазные IФY токи, а также мощность РY, потребляемую печью, при включении ее секций звездой (Y).

4. Определить, во сколько раз изменится ток в линии и потребляемая мощность при переключении секций печи с треугольника на звезду.

5. Построить в масштабе две векторные диаграммы симметричной трехфазной цепи при соединении электроприемников треугольником и звездой.

6. Ответить письменно на вопрос: «Каковы экономические преимущества использования в системах электроснабжения предприятий трехфазных цепей переменного тока по сравнению с однофазными цепями?»

Задача № 3

Расчет однофазного трансформатора

Условие задачи
Однофазный двухобмоточный трансформатор имел коэффициент трансформации K = 2 и питался от напряжения U1 = 220 В. После перемотки трансформатора число витков W1 первичной обмотки было увеличено на 20% по сравнению с первоначальным.

Исходные данные к задаче для 100 вариантов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Исходные данные к задаче 3

Задание к задаче №3

Требуется:
1. Определить напряжение на вторичной обмотке до U2 и после U2* перемотки первичной обмотки при питании одни и тем же напряжением.

Варианты ответов:

(!) U2 = 110 B; U2* = 92 B (?) U2 = 440 B; U2* = 367 B (?) U2 = 440 B; U2* = 528 B (?) U2 = 110 B; U2* = 132 B

(?) U2 = 220 B; U2* = 183 B (?) U2 = 220 B; U2* = 264 B

Подсказка

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2 до перемотки первичной обмотки определяется из напряжения на первичной обмотке U1 и коэффициента трансформации K формуле

U2 = U1/K = 220/2 = 110 В.

После перемотки первичной обмотки с увеличением на 20% (т.е. в 1,2 раза) число ее витков составит

W1* = 1,2W1.

Коэффициент трансформации после перемотки

K* = W1*/W2 = 1,2W1/W2 = 1,2 K = 1,2×2 = 2,4.

Напряжение U2* на вторичной обмотке после перемотки первичной обмотки

U2* = U1/K* = 220/2,4 = 91,67 » 92 В

2. Определить, как при перемотке изменилось напряжение U2 вторичной обмотки

Варианты ответов:

(!) Напряжение уменьшилось в 1,2 раза (?) Напряжение увеличилось в 1,2 раза (?) Напряжение уменьшилось в 2 раза (?) Напряжение увеличилось в 2 раза (?) Напряжение не изменилось Подсказка

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора прямо пропорционально напряжению первичной обмотки U1 и обратно пропорционально коэффициенту трансформации

U2 = U1/K.

По условию задачи при перемотке число витков первичной обмотки W1 увеличено на 20%. Поэтому коэффициент трансформации после перемотки трансформатора также увеличится в 1,2 раза до величины K* = 2,4. При этом напряжение на вторичной обмотке уменьшится в 1,2 раза до величины U2* = U1/K* = 220/2,4 = 91,67 » 92 В.

Задача № 4

Расчет асинхронного двигателя для центробежного насоса в системе водоснабжения

Условие задачи

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приводит во вращение центробежный насос в системе водоснабжения. Двигатель подключен к трехфазному линейному напряжению сети UЛ промышленной частоты f = 50 Гц и имеет следующие данные:

число полюсов 2р;

— номинальная полезная мощность (мощность на валу) Р2Н;

— номинальная частота вращения ротора п2Н;

— коэффициент полезного действия (КПД) в номинальном режиме работы ηН;

— коэффициент мощности в номинальном режиме cosφН;

— кратность пускового тока КI = IП/I1Н;

— кратность максимального момента (перегрузочная способность) КМ = ММ/МН;

— кратность пускового момента КП = МП/МН.

Задание к задаче №4

Требуется:

1. Определить:

— мощность Р1 потребляемую двигателем;

— частоту вращения поля статора п1;

— номинальное скольжение SН;

— номинальную угловую частоту вращения ротора w2Н;

— номинальный ток I1Н и пусковой ток IП;

— номинальный момент МН, пусковой момент МП и максимальный момент ММ двигателя;

— критическое скольжение SКР;

— моменты Мi для расчетных величин скольжения Si.

2. Построить механическую характеристику двигателя M(S).

3. Начертить (скопировать) принципиальную схему включения трехфазного асинхронного двигателя в трехфазную сеть при помощи нереверсивного магнитного пускателя. На схеме показать кнопки управления и элементы защиты.

4. Ответить письменно на вопрос: «В каком диапазоне моментов и скольжений находится устойчивая часть механической характеристики асинхронного двигателя для данного варианта?».

Исходные данные к задаче для 100 вариантов представлены в таблице 4.

Исходные данные к задаче №4

Задача № 5

Расчет повышения коэффициента мощности электроустановки с трехфазными асинхронными двигателями
Условие задачи

К трехфазной линии с напряжением UЛ и частотой f = 50 Гц подсоединена электроустановка в виде группы трехфазных асинхронных электродвигателей, потребляющих активную мощность Р при коэффициенте мощности cosφ1. Чтобы повысить коэффициент мощности установки с cosφ1 до cosφ2 параллельно фазам двигателей подсоединены три батареи компенсирующих конденсаторов, соединенных в одном случае по схеме «звезда», а в другом – по схеме «треугольник» (см. рис. 11).

Исходные данные к задаче для 100 вариантов представлены в таблице 6.

Таблица 6

Исходные данные к задаче №5

Задание к задаче №5

Требуется:

1. Начертить (скопировать) схемы включения асинхронных электродвигателей и компенсирующих конденсаторов при соединении их звездой и треугольником.

2. Рассчитать полную мощность установки до компенсации S1 и после компенсации S2.

3. Рассчитать реактивную мощность установки до компенсации Q1 и после компенсации Q2.

4. Определить реактивную емкостную мощность компенсирующих конденсаторов QС.

5. Определить емкость CY конденсаторов, которые надо включить по схеме соединения звездой параллельно двигателям, чтобы повысить коэффициент мощности с cosφ1 до cosφ2.

6. Определить емкость конденсаторов CD при подключении их по схеме соединения треугольником.

7. Выбрать тип и номиналы компенсирующих конденсаторов при условии их соединения треугольником (см. приложение 2).

8. Построить в одном масштабе два треугольника мощностей до и после компенсации, совмещенных на одном катете активной мощности Р. На построенном треугольнике обозначить углы сдвига фаз φ1 и φ2, полные мощности S1 и S2, реактивные мощности Q1 и Q2 и реактивную емкостную мощность QС, компенсирующих конденсаторов.

9. Ответить письменно на вопрос: «Какие способы повышения коэффициента мощности применяются в промышленности?»