Переваги та недоліки

Принцип роботи

Принцип дії двигуна постійного струму.

Принципу роботи електродвигуна постійного струму може бути дано два описи:

· рухома рамка (два стрижні з замкнутими кінцями) зі струмом в магнітному полі статора.

або

· взаємодія магнітних полів статора і ротора.

Рамка зі струмом, в однорідному магнітному полі полюсів статора з індукцією {\displaystyle B\,\!}, на два стрижні рамки довжиною {\displaystyle L\,\!}, та зі силою струму {\displaystyle I\,\!}, діє сила Ампера {\displaystyle F\,\!}, постійної величини, що дорівнює:

{\displaystyle F=B\cdot I\cdot L\,\!} і спрямовані в різні сторони

Ці сили прикладаються до плечей {\displaystyle p\,\!}, що дорівнюють:

{\displaystyle p=r\cdot \sin(w\cdot t)\,\!}, де {\displaystyle r\,\!} — радіус рамки;

і створюють крутний момент {\displaystyle M_{k}\,\!}, що дорівнює:

{\displaystyle M_{k}=F\cdot p=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \sin(w\cdot t)\,\!}.

Для двох стрижнів рамки, сумарний крутний момент дорівнює:

{\displaystyle M_{k}s=2\cdot M_{k}=2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \sin(w\cdot t)\,\!}.

Практично (через те, що кутова ширина щітки (в радіанах) трохи менше кутової ширини зазору, між пластинами (ламелями) колектора, щоб джерело живлення не замикалося накоротко) чотири невеликих частини під кривою крутного моменту, дорівнюють:

{\displaystyle 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \int \limits _{0}^{\delta /2}\sin(w\cdot t)d(w\cdot t)}, де {\displaystyle \delta =\beta -\alpha \,\!},

не беруть участі у створенні загального крутного моменту.

При кількості витків в обмотці {\displaystyle s\!}, крутний момент буде дорівнювати:

{\displaystyle M_{s}=s\cdot 2\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \sin(w\cdot t)\,\!}.

Найбільший крутний момент буде при куті повороту рамки, що дорівнює: {\displaystyle \pi /2\,\!}, тобто при куті 90 °.

При цьому куті повороту рамки зі струмом, вектора магнітних полів статора і ротора (рамки) будуть перпендикулярні один до одного, тобто під кутом 90 °. При куті повороту ротора (рамки) на 180 °, крутний момент дорівнює нулю (через нульове плече), але сили не дорівнюють нулю і це положення ротора (рамки), за відсутності перемикання струму, досить стійке і подібне одному кроку в кроковому двигуні.

Без обліку короткозамкнутих щітками частин крутного моменту середній крутний момент за один оборот (період) дорівнює площі під інтегральною кривою крутного моменту, поділеній на довжину періоду:{\displaystyle (2\cdot \pi)}:

{\displaystyle Mkrsr=\left(2\cdot \int \limits _{0}^{\pi }B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \sin(w\cdot t)d(w\cdot t)\right)/(2\cdot \pi)=B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \left(\int \limits _{0}^{\pi }\sin(w\cdot t)d(w\cdot t)\right)/\pi }.

При {\displaystyle s\!} витків в обмотці:

{\displaystyle Mkrsr=s\cdot B\cdot I\cdot L\cdot r\cdot \left(\int \limits _{0}^{\pi }\sin(w\cdot t)d(w\cdot t)\right)/\pi } Класифікація

ДПС класифікують по виду магнітної системи статора:

· з постійними магнітами;

· з електромагнітами:

· з незалежним включенням обмоток (незалежне збудження);

· з послідовним включенням обмоток (послідовне збудження);

· з паралельним включенням обмоток (паралельне збудження);

· зі змішаним включенням обмоток (змішане збудження):

· з переважанням послідовної обмотки;

· з переважанням паралельної обмотки;

Вид підключення обмоток статора істотно впливає на тягові та електричні характеристики електродвигуна.

Застосування

· Крани різних важких виробництв.

· Привід, з вимогами регулювання швидкості в широкому діапазоні та високим пусковим моментом.

· Тяговий електропривод тепловозів, електровозів, теплоходів, кар'єрних самоскидів та ін.

· Електричні стартери автомобілів, тракторів та ін. Для зменшення номінальної напруги живлення в автомобільних стартерах застосовують двигун постійного струму з чотирма щітками. Завдяки цьому еквівалентну комплексне опір ротора зменшується майже в чотири рази. Статор такого двигуна має чотири полюси (дві пари полюсів). Пусковий струм в автомобільних стартером близько 200 ампер. Режим роботи — короткочасний.

Переваги та недоліки

Переваги:

· простота будови та управління;

· практично лінійні механічна і регулювальна характеристики двигуна;

· легко регулювати частоту обертання;

· хороші пускові властивості (великий пусковий момент), (найбільший пусковий момент у ДПС з послідовним збудженням);

· компактніше інших двигунів (якщо використовувати сильні постійні магніти в статорі);

· оскільки ДПС є оборотними машинами, з'являється можливість використання їх як в руховому, так і в генераторному режимах.

Недоліки:

· дорожнеча виготовлення;

· для живлення електродвигуна від мережі змінного струму необхідно використовувати випрямні пристрої;

· необхідність профілактичного обслуговування колекторно-щіткових вузлів;

· обмежений термін служби через зношення колектора.

(Останні два недоліки на сучасному етапі розвитку ДПС майже не відчутні).

4. У колі постійного струму Е =150 В, R₁ =5 Ом, R ₂=15 Ом, R ₃=10 Ом, R ₄=45 Ом, R ₅=20 Ом. Визначити струми у вітках і показ вольтметра.

5. Вибрати легкоплавкий запобіжник, який захищає електропіч потужністю

Р _ном = 12 кВт, U _ном = 220 В.

1. Способи і засоби підвищення коефіцієнта потужності. Додаткові джерела реактивної потужності.

2. Системи збудження синхронних генераторів.

3. Поясніть конструкцію і принцип роботи асинхронного двигуна.

4. Визначити струми у вітках схеми, якщо відомо:

R ₁ = 5 Ом; R ₂ = 20 Ом; R ₃ = 4 Ом; R ₄ = 10 Ом;

R ₅ = 5 Ом; E ₁ = 20 В; E ₂ = 40 В; J ₁ = 2 А.

5. Для наведеної схеми електропостачання провести розрахунок струмів короткого замикання. Розрахувати захист лінії та індивідуальних споживачів. Захист виконати за допомогою плавких запобіжників. Коефіцієнти пуску двигунів прийняти рівними 2,5; пуск легкий. Перевірити селективність роботи захисту.

1. Показники якості енергії та їх вплив на роботу електроприймачів і елементів СЕП.

==== Класифікація приймачів електроенергії і їхніх загальних характеристик

Близько 70% усієї вироблюваної в нашій країні електроенергії споживається промисловими підприємствами.

Приймачі електроенергії промислових підприємств поділяються на наступні групи:

1) приймачі трифазного струму напругою до 1000 В, частотою 50 Гц;

2) приймачі трифазного струму напругою вище 1000 В, частотою 50 Гц;

3) приймачі однофазного струму напругою до 1000 В, частотою 50 Гц;

4) приймачі, що працюють з частотою, відмінної від 50 Гц, що харчуються від преосвітніх підстанцій і установок;

5) приймачі постійного струму, що харчуються від преосвітніх підстанцій і установок.

Для правильної побудови систем промислового електропостачання всіх приймачів перерахованих вище груп необхідно з'ясувати:

1) вимоги, пропоновані діючими «Правилами пристрою електроустановок» (ПУЕ) [1] до надійності живлення приймачів (1-я, 2-я і 3-я категорії);

2) режим роботи (тривалий, короткочасний, повторно-короткочасний);

3) місця розташування приймачів електроенергії; необхідно також з'ясувати стаціонарні вони чи пересувні.

В даний час електропостачання промислових підприємств ведеться на перемінному трифазному струмі. Для живлення груп приймачів постійного струму споруджуються преосвітні підстанції, на яких установлюються преосвітні агрегати: напівпровідникові випрямлячі, ртутні випрямлячі, двигуни-генератори і механічні випрямлячі.

Преосвітні агрегати харчуються від мережі трифазного струму і є тому приймачами трифазного струму.

Приймачі постійного струму, що мають індивідуальні преосвітні агрегати: електропривод по системі генератор-двигун, вентильний електропривод і т.п., є з погляду електропостачання приймачами трифазного струму.

Часто зустрічаються приймачами постійного струму, що вимагають живлення від преосвітніх підстанцій, є внутрішньозаводський електрифікований транспорт, деякі установки, що використовують явище електролізу, деякі електродвигуни підйомно-транспортних і допоміжних механізмів.

Згідно ПУЕ електротехнічні установки, що роблять, перетворюючі, що розподіляють і споживають електроенергію, підрозділяються на електроустановки напругою до 1000 В и електроустановки напругою вище 1000 В.

Електротехнічні установки напругою до 1000 В виконуються як із глухо заземленої, так і з ізольованої нейтралью, а установки постійного струму - із глухозаземленоюі ізольованою нульовою крапкою.

Електричні установки з ізольованої нейтралью варто застосовувати для підвищення надійного живлення систем промислового електропостачання за умови, що в цьому випадку забезпечуються контроль ізоляції мережі і цілісність пробивних запобіжників, швидке виявлення персоналом замикань на землю і швидку ліквідацію їхнє чи автоматичне відключення ділянок із замиканням на землю.

У чотирьох провідних мережах перемінного чи струму трьох провідних мережах постійного струму для установок без підвищеної небезпеки глухе заземлення нейтралі обов'язково.

Електричні установки напругою вище 1000 В поділяються на установки:

1) з ізольованої нейтралью (напругою до 35 кв);

2) з нейтралью, включеної на землю через індуктивний опір для компенсації ємнісних струмів (напругою до 35 кв і рідко 110 кв);

3) із глухозаземленої нейтралью (напругою ПО кв і вище).

Крім того, усі ці установки підрозділяються на установки з малими струмами замикання на землю (до 500 А) і установки з великими струмами замикання на землю (більш 500 А).

По частоті струму приймачі електроенергії поділяються на приймачі промислової частоти (50 Гц) і приймачі з високої (вище 10 кгц), підвищеної (до 10 кгц) і зниженої (нижче 50 Гц) частотами.

Більшість приймачів використовують електроенергію нормальної промислової частоти. Установки високої і підвищеної частоти застосовуються для нагрівання під загартування, кування і штампування металів, а також для плавки металів. До приймачів з підвищеною частотою відносяться, наприклад, електродвигуни в текстильній промисловості при виробництві штучного шовку (частота 133 Гц).

Для перетворення перемінного струму промислової частоти в струми високої і підвищеної частоти служать двигуни-генератори (електромашинні перетворювачі), а також тиристорні чи іонні перетворювачі. Для одержання підвищеної частоти (до 10 кгц) застосовують переважно тиристорні перетворювачі (інвертори). Для одержання частот 10 кгц і вище застосовують лампові генератори. Від іонних генераторів можна одержати частоти до 2800 Гц. До приймачів зі зниженою частотою відносяться колекторні електродвигуни, застосовувані для транспортних цілей (162/з Гц), перемешувчі рідкого металу (до 25 Гц) і індукційні нагрівальні пристрої для виливка великих деталей. Перемінний струм зниженої частоти в промислових установках широкого застосування не має.

Приймачі електроенергії можуть бути підрозділені на групи по подібності режимів, тобто по подібності графіків навантаження. Розподіл споживачів на групи дозволяє більш точно знаходити сумарне електричне навантаження.

Розрізняють три характерні групи приймачів:

1) приймачі, що працюють у режимі з тривало незмінної чи мало мінливим навантаженням. У цьому режимі електрична чи машина апарат може працювати тривалий час без перевищення температури окремих частин чи машини апарата вище припустимої.

Прикладами приймачів, що працюють у цьому режимі, є електродвигуни компресорів, насосів, вентиляторів і т.п.;

2) приймачі, що працюють у режимі короткочасного навантаження. У цьому режимі робочий період чи машини апарата не настільки тривалий, щоб температура окремих частин чи машини апарата могла досягти сталого значення. Період зупинки чи машини апарата настільки тривалий, що машина практично встигає остудитися до температури навколишнього середовища. Прикладами даної групи приймачів є електродвигуни електроприводів допоміжних механізмів металорізальних верстатів (механізми підйому поперечки, затиски колон, двигуни швидкого переміщення супортів і ін.), гідравлічних затворів і т.п.;

3) приймачі, що працюють у режимі повторно-короткочасного навантаження. У цьому режимі короткочасні робочі періоди чи машини апарата чергуються з короткочасними періодами відключення. Повторно-короткочасний режим роботи характеризується відносною тривалістю включення (ПВ) і тривалістю циклу. У повторно-короткочасному режимі електрична чи машина апарат може працювати з припустимої для них відносною тривалістю включення необмежений час, причому перевищення температур окремих частин чи машини апарата не вийде за межі припустимих значень. Прикладом цієї групи приймачів є електродвигуни кранів, зварювальні апарати і т.п.

У дійсності графік навантаження кожного приймача відрізняється від заданого при проектуванні. На режим роботи приймача впливають технологічні особливості кожної галузі промисловості. Графік навантаження приймача є основним показником, по якому його варто класифікувати.Крім поділу споживачів по режимах роботи варто враховувати несиметричність чи навантаження нерівномірність завантаження фаз. До симетричних навантажень відносяться електродвигуни і трифазні печі. До несиметричних навантажень (одне- і двохфазним) варто віднести електричне висвітлення, однофазні і двох фазних печей, однофазні зварювальні трансформатори і т.п. у тому випадку, коли розподілити їх симетрично по фазах не вдається.

З погляду забезпечення надійного і безперебійного живлення приймачі електроенергії поділяються на три категорії:

1-я категорія — приймачі, перерив в електропостачанні яких може викликати небезпеку для життя чи людей значний матеріальний збиток, зв'язаний з ушкодженням устаткування, масовим шлюбом чи продукції тривалим розладом складного технологічного процесу виробництва;

2-я категорія — приймачі, перерив в електропостачанні яких зв'язаний з істотною недовідпусткою продукції, простоєм людей, механізмів, промислового транспорту;

З-я категорія - приймачі, що не підходять під визначення 1-й і 2-й категорій (наприклад, приймачі допоміжних цехів, що не визначають технологічний процес основного виробництва).

Питання про надійність електропостачання споживачів зв'язаний з числом незалежних джерел живлення, схемою електропостачання і категорією споживачів. Приймачі 1-й категорії повинні мати не менш двох незалежних джерел живлення. Приймачі 2-й категорії можуть мати один-два незалежних джерел живлення (зважується конкретно в залежності від значення, що має дане промислове підприємство в народному господарстві країни, і місцевих умов). Приймачі 3-й категорії, як правило, можуть мати одне джерело живлення, але якщо по місцевих умовах можна забезпечити живлення без істотних витрат і від другого джерела, то застосовується резервування живлення і для цієї категорії приймачів.

2. Силові трансформатори та автотрансформатори, що застосовуються на електричних станціях та

підстанціях.

====.Найбільшого розповсюдження отримали трифазні трансформатори, оскільки втрати в них на 12-15% нижчі, а витрати активних матеріалів і вартість на 20-25% менша, ніж в групі трьох однофазних трансформаторів з такою ж сумарною потужністю.

Розрізняють однофазні та трифазні трансформатори. Однофазні застосовуються якщо не можливе виготовлення трифазних трансформаторів необхідної потужності або затруднене їх транспортування. Найбільша потужність групи однофазних трансформаторів напругою 500 кВ - 1600 МВА; напругою 750 кВ - 1250 МВА. По кількості обмоток: двообмоткові, триобмоткові та з розщепленими обмотками (можливість приєднання кількох генераторів, спрощення схеми РП) 330 – 500 кВ, для живлення системи власних потреб великих ТЕС з блоками 200 - 1200 МВт, а також на понижуючих підстанціях з метою обмеження струмів КЗ.

До основних параметрів трансформатора відноситься номінальна потужність, напруга, струм, Uкз, Іх.х, втрати холостого ходу і короткого замикання. Номінальна потужність - паспортне значення повної потужності на яку безперервно може бути завантажений трансформатор в номінальних умовах місця встановлення і охолоджуючого середовища при номінальних частоті і напрузі. Номінальна напруга обмоток - це напруга первинної і вторинної обмотки при холостому ході трансформатора.

В триобмоткових визначається Кт кожної пари обмоток ВН і НН; ВН і СН; СН і НН.

Номінальним струмом трансформатора називається паспортні значення струмів в обмотках при яких допускається тривала нормальна робота трансформатора. Напруга КЗ - це напруга при підведені якої до однієї з обмоток трансформатора при замкнутій на коротко іншій обмотці в ній проходить струм рівний номінальному. Чим більша потужність тим більша Uкз. Струм холостого ходу характеризує активні та реактивні втрати в сталі і залежить від магнітних властивостей сталі, конструкції та якості збору і від магнітної індукції. Втрати ∆Рх і ∆Рк визначають економічність роботи трансформатора.

Групи з’єднання обмоток найбільш часто застосовують такі: трикутником, зіркою, зіркою з нулем. Зсув фаз між ЕРС Е1 і Е2 прийнято виражати групою з’єднань. Є 12 груп з’єднань. При зірка-зірка з нулем - 2, 4, 6, 8, 10, 0; при зірка-трикутник, трикутник-зірка - 1, 3, 5, 7, 9, 11; з’єднання в зірку обмотки ВН дозволяє виконати внутрішню ізоляцію із розрахунку фазної ЕРС, тобто в раз менше лінійної. Обмотки НН переважно з’єднуються в трикутник, що дозволяє зменшити переріз обмотки, розрахувати її на фазний струм . Крім того при з’єднанні обмотки трансформатора в трикутник створюється замкнутий контур для струмів вищих гармонік, що кратні 3, які при цьому не виходять в зовнішню мережу.

Основні елементи конструкції: магнітна система, обмотки трансформатора, ізоляція, бак, розширювач, термосифонний фільтр.

Системи охолодження. Допустиме перевантаження температури обмотки сухого трансформатора над температурою охолоджуючого середовища залежить від класу ізоляції: А – 60ºС; Е – 75 ºС; В – 80 ºС; С – 100 ºС; Н – 125 ºС. Застосовується в трансформаторах до 1600 кВА і напругою до 15 кВ. Природне олійне (М) для трансформаторів потужністю до 16000 кВА допустима температура верхніх шарів + 95 ºС. Олійне охолодження з дуттям і природною циркуляцією олії (Д) в тр-рах до 80 МВА допустима температура верхніх шарів + 95 ºС. Олійне охолодження з дуттям і вимушеною циркуляцією олії через повітряні охолоджувачі (ДЦ) застосовуються для трансформаторів потужністю 63 МВА і більше максимальна допустима температура олії + 75 ºС. Олійно-водяне охолодження з вимушеною циркуляцією олії (Ц) максимальна допустима температура + 70 ºС. В системі з дуттям вентилятори вмикаються коли температура сягає + 55 ºС а вимикаються при + 45 ºС. На тр-рах з системами охолодження ДЦ і Ц пристрої вимушеної циркуляції повинні вимушено вмикатися одночасно з тр-ром і працювати неперервно незалежно від його навантаження. В той же час число ввімкнених в роботу охолоджувачів визначається навантаженням трансформатора.

1. Природна і штучні механічні характеристики двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

------ Згідно з рівнянням механічної характеристики (2.7) є три способи керування швидкістю двигуна з незалежним збудженням, а саме:

· Зміною напруги якоря U;

· Зміною магнітного потоку Ф;

· Зміною сумарного опору якірного кола R яS, за рахунок увімкнення додаткового резистора з опором R д.

Механічні характеристики, які відповідають цим зміненим параметрам, називаються штучними. Керування швидкості двигунів характеризується діапазоном керування, як відношенням максимальної швидкості до мінімальної

, (2.13)

та плавністю, яка оцінюється коефіцієнтом, що дорівнює відношенню швидкостей двох сусідніх характеристик

. (2.14)

Керування швидкістю за рахунок зміни напруги якоря є найбільш ефективним та поширеним способом, який забезпечує плавне керування швидкістю в широкому діапазоні. В розімкнених системах діапазон складає 10-100, а в замкнених 1000-10000. Для реалізації способу керування обмотка якоря живиться від силового перетворювача: керований випрямляч, широтно-імпульсний перетворювач, генератор постійного струму, електромашинний підсилювач тощо. Часто електроприводи саме й розділяються за схемою силової частини якірного кола, наприклад, якщо двигун живиться від генератора, то система називається Г-Д (генератор-двигун), а якщо від тиристорного перетворювача, то ТП-Д і так далі.

Сучасні перетворювачі невеликої потужності реалізуються на транзисторах, а більш потужні - на тиристорах. Для керування перетворювачем використовуються стандартизовані аналогові рівні напруги завдання U завд від 0 до 10 В або струму завдання I завд від 0 до 40 мА. У промислових умовах силовий перетворювач найчастіше живиться від трифазної мережі з напругою 380 В, створюючи ЕРС перетворювача Е п. Схема увімкнення двигуна представлена на

Обмотка збудження живиться незмінним номінальним струмом І зн. Керування швидкістю здійснюється зміною напруги завдання U з, якій пропорційна напруга якоря U, що надходить від перетворювача. Силовий перетворювач не є ідеальним і має внутрішній опір R п, тому напруга якоря дорівнює

. (2.15)

Після підстановки виразу (2.15) у рівняння механічної характеристики двигуна (2.7) отримується рівняння механічної характеристики для випадку живлення обмотки якоря від силового перетворювача

. (2.16)

З рівняння (2.16) видно, що жорсткість характеристики зменшилася в порівнянні з (2.11), так як знаменник збільшився на величину внутрішнього опору перетворювача

. (2.17)

При керуванні швидкістю ЕРС перетворювача Е п змінюється від нуля і до максимального значення Е пmax. При цьому вона не впливає на жорсткість штучних механічних характеристик (2.17), тому всі вони паралельні між собою, а швидкість ідеального холостого ходу (2.16) змінюється пропорційно ЕРС перетворювача. Сімейство відповідних штучних механічних характеристик та природна характеристика двигуна представлені на рис.2.16. Робочі точки на кожній характеристиці визначаються перетином із прямою статичного моменту М с.

Перевагами способу керування є плавна зміна швидкості від 0 до w max при незмінній жорсткості характеристик та високому ККД усієї системи. Найчастіше максимальна швидкість wmax=wн і визначається стійкістю електричної ізоляції обмотки якоря. Область зміни швидкості двигуна від нуля і до номінальної називається “перша зона керування”. У всій цій області тривалий допустимий момент двигуна дорівнює номінальному, бо момент не залежить від ЕРС перетворювача Мдоп=СФнІн=Мн, тому цей спосіб керування швидкістю називається “керування з постійним моментом”.

Недоліками є відносна складність та висока вартість перетворювача. Крім того, при незначних навантаженнях, тобто при незначних струмах якоря, може виникнути режим переривистих струмів, обумовлених пульсуючим характером ЕРС перетворювача. Це призводить також до погіршення умов роботи колектора та генерації перешкод до мережі. Указані недоліки визначаються якістю силового перетворювача.

Керування швидкістю за рахунок зміни магнітного потоку здійснюється тільки при зменшенні потоку відносно номінального Ф н. Це пояснюється тим, що при проектуванні двигунів для отримання раціональних масогабаритних показників точка номінального магнітного потоку, якій відповідає номінальний струм збудження І зн, вибирається близькою до потоку насичення, тому збільшити магнітний потік суттєво неможливо, рис.2.17.

Для реалізації цього способу керування обмотка збудження підключається до регульованого джерела постійного струму, рис.2.18.

Так як, магнітний потік буде менше номінального, то для спрощення аналізу реальна крива намагнічування Ф=f(IЗ) на робочій ділянці замінюється прямою, проведеною через початок координат та номінальну точку, рис.2.17. Після цього магнітний потік визначається виразом

, (2.18)

де - коефіцієнт кола збудження.

Як видно з (2.18), магнітний потік можна змінювати не тільки за допомогою напруги збудження U з, а й за рахунок збільшення електричного опору кола R з шляхом увімкнення додаткового резистора Rз=Rоз+Rд.

Зменшення магнітного потоку призводить до пропорційного збільшення швидкості ідеального холостого ходу (2.10) та зменшенню моменту короткого замикання М кз, а також до зменшення у квадраті від потоку жорсткості характеристик (2.11). Сімейство штучних механічних характеристик представлено на рис.2.19.

Характерним для штучних електромеханічних характеристик (2.6) є незмінне значення струму короткого замикання Ікз=Uн/RяS, тому всі характеристики проходять через одну точку,

Перевагами способу керування є плавна зміна швидкості з невеликими втратами на керування, так як потужність кола збудження на порядок менша потужності якірного кола. Діапазон керування швидкості складає 3-5.

Недоліками є можливість керування швидкістю тільки вище за номінальну (при номінальній напрузі якоря), зменшення жорсткості характеристик і допустимого тривалого моменту нижче номінального так як Ф<Фн, тому двигун можна навантажувати не на повний момент. Проте, допустима тривала потужність залишається незмінною

(2.19)

і двигун можна навантажувати на повну потужність, тому цей спосіб керування швидкістю називається “керування з постійною потужністю”.

Область зміни швидкості двигуна від номінальної і вище за рахунок зменшення потоку називається “друга зона керування”. Даний спосіб застосовується в комбінації з іншими в системах “двозонного керування” і широко використовується в електроприводах верстатів, прокатних станів, намотувальних та шліфувальних механізмів, де вимагається розширений діапазон зміни швидкості.

Керування швидкістю за рахунокувімкнення додаткового резистора в коло якоря в теперішній час використовується рідко, так як пов'язаний зі значними втратами енергії. Опір додаткового резистора за умовою комутації, обумовленою значним струмом якоря, змінюється не плавно, а ступенево шляхом закорочування секцій реостата R 1- R 3 за допомогою силових контактів K 1- K 3 контакторів, рис.2.21.

Обмотки якоря та збудження увімкнено на номінальні напруги. Згідно (2.10) швидкість ідеального холостого ходу w 0 не залежить від опору якірного кола , тому всі штучні характеристики проходять через цю точку, рис.2.22. Жорсткість механічних характеристик (2.11) та момент короткого замикання М кз зменшуються із збільшенням опору додаткового резистора R д.

Робочі точки, тобто усталені швидкості w1-w4, визначаються навантаженням, тобто статичним моментом М с.

Перевагою способу керування є простота його реалізації. Недоліки полягають у зміні швидкості тільки ступенево, зменшенні жорсткості штучних механічних характеристик і відповідному збільшенні втрат

(2.20)

Згідно (2.20), якщо відносний перепад швидкості Dw/w0=0,5, тобто швидкість зменшилася вдвічі, то втрати складають 50% від вхідної електричної потужності. Тому даний спосіб використовується при невеликому близько 2-4 діапазоні керування швидкості.

Підвищення плавності керування здійснюється імпульсним закорочуванням додаткового резистора електронним ключем ЕК за допомогою схеми широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Ключ найчастіше реалізується на тиристорі чи транзисторі, рис.2.23. Сумарний опір якірного кола RяS = Rя +Rд(1-g) плавно змінюється пропорційно шпаруватості імпульсів 0£g£1

, (2.21)

де Т – незмінний період комутації ЕК, [c];
tз – час замкнутого стану ЕК, 0£tз£Т.

Несуча частота, яка визначає період комутації fн=1/T, залежить від індуктивності кола якоря і для забезпечення безперервності струму якоря складає сотні-тисячі герц. Шпаруватість імпульсів і відповідно швидкість задається сигналом завдання U з. При цьому робоча точка визначається статичним моментом і знаходиться у виділеній області між граничними механічними характеристиками, рис.2.24.

Підвищення жорсткості штучних механічних характеристик на низьких швидкостях здійснюється шунтуванням якоря шляхом увімкнення резистора R ш паралельно обмотці якоря, а резистора R ппослідовно з обмоткою якоря, рис.2.25. Рівняння механічної характеристики має вигляд

4. Вивести в ремонт силовий трансформатор Т. Назвіть організаційні та технічні заходи при проведенні оперативних вимкнень.

5. Для заданої схеми знайти сумарний надперехідний струм трифазного К3 в точці К2 (трансформатори Т1 і Т2 однотипні).

1. Режими роботи нейтралі силових трансформаторів і генераторів електроенергії. Компенсація

ємнісних струмів.

2. Порядок розрахунку струмів несиметричного КЗ у високовольтній мережі.

3. Захист та автоматика мереж напругою до 1000 В.

4. Живлення споживачів здійснюється по двоколовій повітряній лінії довжиною L. При заданих параметрах навантаження потрібно:

· вибрати номінальну напругу лінії;

· вибрати марку і переріз проводів;

· перевірити вибраний переріз за умовою нагрівання;

· розрахувати напругу в кінці лінії при заданій напрузі на початку U ₁=1,08 U ном;

· визначити максимальну потужність навантаження, яку можна передати по лінії при температурі повітря q о = -10 ^о С.

Вихідні дані до завдання

5. Трифазний асинхронний двигун потужністю10 кВт та номінальною напругою U_н=220/380В працює при номінальній напрузі з коефіцієнтом потужності соsj = 0,86 та коефіцієнтом корисної дії h = 0,87. Визначити всі струми при з’єднанні обмоток двигуна зіркою

1. Тепловий баланс при нагріванні провідників електричним струмом. Визначення тривало допустимого струму.

2. Способи синхронізації генератора та мережі.

3. Поясніть способи регулювання швидкості асинхронних двигунів.

4. Для заданої схеми і номінальних потужностей електроприймачів (ЕП) визначити поперечні перерізи проводів ліній l 1, l 3 та потужність трансформатора.

5. Нагрівна піч потужністю 132 кВт, приєднана зіркою на лінійну напругу U _Л=380 В. Визначити всі струми

1. Вибір потужності і розміщення компенсувальних пристроїв в електротехнічних системах електроспоживання.

2. Закони Ома і Кірхгофа та їх застосування для розрахунку електричних кіл постійного і змінного струмів.

3. Монтаж і експлуатація кабельних ліній напругою понад 1000 В. Методи визначення місць пошкодження кабелів.

4. В чотирипровідному трифазному колі при діючих значеннях фазних напруг U _Ф=220 Внавантаження ввімкнуто зіркою. Опори фаз споживачів в комплексній формі рівні

5. Вибрати раціональний спосіб обмеження струмів КЗ на генераторній напрузі укрупненого блоку ГЕС. Номінальні дані генераторів Г1-Г4: потужність S _Г = 50 МВ·А; U _НОМ = 10,5 кВ; X _d^’’ = 0,2; S _ТР = 200 МВ·А; U _КЗ = 11 %; S _{КЗ. СИСТЕМИ} =8000 МВ·А.

		ТВП

1. Системи обліку та контролю споживання електроенергії. Методика розрахунку за споживання

активної та реактивної енергії.

2. Як розрахувати струм трифазного К3 у низьковольтній мережі?

3. Вибір параметрів та перевірка чутливості струмової відсічки

4. Необхідно вибрати електричний двигун для приводу відцентрового насоса, який забезпечує водою об'єкт нафтопромислового господарства. Добова подача води 10000 м³; насосний агрегат працює цілодобово; найбільший напір h =460 м, ККД насоса h _нас=0,85; питома вага води r =1000 кг/м³. Вал двигуна з'єднаний з валом насосу безпосередньо (h _п=1).

5. До трифазної мережі з симетричною системою лінійних напруг U _л=380 В частотою 50 Гц приєднано симетричне трифазне навантаження, що споживає потужність Р = 5 кВт при cos j = 0,85. Визначити струми І _А, І _b, І _С, активний та індуктивний опори фази навантаження.

1. Режими роботи нейтралі силових трансформаторів і генераторів електроенергії.

2. Навантажувальна здатність силових трансформаторів.

3. Резонанс напруг і струмів у колах змінного струму.

4. Виберіть коефіцієнти трансформації трансформатора ТДТН-10000/110, U_с=35кВ, U_н=6кВ; U^' _{6 макс} = 94кВ, U^' _{6 мін} = 112кВ, U^' _{35 макс} = 98кВ, U^'_{35 мін} = 113кВ.

5. У чотирипровідному трифазному колі з U _Ф=220 В та Z _A= відбувся обрив фази А, тобто Z _А= ¥. Визначити всі струми.

1. Вибір параметрів та перевірка чутливості максимально-струмового захисту.

2. Які струми К3 і з якою метою повинен вміти визначати інженер?

3. Показники якості електричної енергії

4. Для заданої схеми і паспортних даних електроприймачів (ЕП) визначити поперечні перерізи ліній l 1 та l 3. Потужність конденсаторів Q _к= 100 квар.

5. У трифазному трипровідному колі без нейтрального проводу з U_Ф=220 В, Z _Ф= та обриві фази А Визначити всі струми

1. Системи обліку та контролю споживання електроенергії. Методика розрахунку за споживання

активної та реактивної енергії.

2. Основи експлуатації силових трансформаторів.

3. Способи пуску електродвигунів змінного та постійного струмів.

4. Для наведеної схеми розрахувати струми короткого замикання. Розрахувати релейний захист лінії напругою 35 кВ. Вихідні дані для розрахунку вказані на схемі.

5. Для двотрансформаторної підстанції 110/10 кВ при заданому максимальному навантаженні визначити:

· встановлену потужність трансформаторів;

· річні втрати електричної енергії.

· коефіцієнти завантаження трансформаторів у нормальному та післяаварійному режимах;

· максимально допустиму потужність навантаження трансформаторів;

· визначити, як зміняться втрати електричної енергії при повній компенсації реактивної потужності навантаження.

Вихідні дані до завдання

1. Регулювання швидкості обертання двигунів постійного струму.

2. Регулювання напруги в електричних мережах.

3. Головні схеми електричних станцій та підстанцій. Вимоги до головних схем.

4.Вибрати тугоплавкий запобіжник, який захищає асинхронний двигун потужністю Р _н = 10 кВт, η = 0,90, cos φ = 0,89 і U _н = 380 В. Кратність пускового струму К =6,3. Режим пуску важкий.

5. Виберіть економічний переріз проводу ПЛ U_ном = 10 кВ, Т_макс=2500год,, P_макс=1МВт, cosφ=0,85.

1. Організаційні і технічні заходи з енергозбереження.

2. Призначення, конструкція та характеристика теплових і електромагнітних реле.

3. Поясніть, які заходи використовують для підвищення статичної стійкості енергосистеми.

4. Нехай навантаження у фазах активна та відповідно рівна: Z _AB=R=22 Ом, Z _BC=R=10 Ом, Z _CA=11Ом.

U_л=220 В. Визначити значення фазних і лінійних струмів.

5. Вибрати кількість, тип і номінальну потужність трансформаторів для знижувальної підстанції

35/6 кВ, призначеної для електропостачання споживачів ІІІ категорії з максимальним навантаженням 11, 5 МВт при cos j = 0,92. Добові графіки навантажень наведені на рисунку.

1.Призначення, конструкція та характеристики контакторів і магнітних пускачів.

2. Нарисуйте і поясніть робочі характеристики асинхронного двигуна.

3. Характеристика високовольтних кабельних вводів електричних підстанцій, основні напрямки

підвищення їх пропускної здатності.

4. Знайти максимально допустиму відстань між прокладками L _П двосмугового прогону з алюмінієвих шин перерізом 100 ´ 10 мм². Відстань між ізоляторами 100 см, початковий періодичний струм складає 40 кА, Т _а=0,05 с.

5. Розрахувати найбільшу втрату напруги в освітлювальній мережі, виконаній алюмінієвими проводами. Поперечний переріз проводів двопровідних ліній - 4мм², а чотирипровідних - 10мм². Навантаження активне, рівномірно розподілене. Напруга мережі 380/220 В. Сумарні потужності навантаження ліній Р ₁, Р ₂, Р ₃ наведені в таблиці.

1. Схеми живлення освітлювальних установок.

2. Компенсація реактивної потужності в електричних мережах.

3. Схеми розподільчих установок станцій та підстанцій.

4. Для заданої схеми і паспортних даних електроприймачів (ЕП) визначити поперечні перерізи проводів ліній l 1 та l 2. Потужність конденсаторів Q _к= 200 квар.

5. Вивести в ремонт силовий трансформатор Т. Назвіть організаційні та технічні заходи при проведенні оперативних вимкнень.

1. Розрахунок режимів електричних мереж.

2. Конструкція та характеристики запобіжників. Вибір плавких вставок.

3. Способи приєднання дугогасильних реакторів.

4. Знайти сумарний струм двофазного К3 на землю в точці К1 (трансформатори Т1 і Т2 однотипні)

5. Виберіть синхронний компенсатор для регулювання напруги U_ном=220кВ,l=150км, АС300/66,ТРДН – 32000/220/10, U^'₂= 190кВ, U^'_2б= 230кВ.

1. Перевірка опору петлі «фаза–нульовий провідник».

2. Вибір шин і перевірка їх на термічну та динамічну стійкість.

3. Назвіть і проаналізуйте умови паралельної роботи трансформаторів.

4. Знайти сумарний струм двофазного К3 в точці К2

5. Виберіть перерізи провідників, захищених запобіжниками U_ном=380В, Р_о=1кВт, Р_д=17кВт, cosφ=0,86, К_п=7

1. Показники якості електричної енергії та їх нормування.

2. Схема з однією системою збірних шин. Особливості підвищення надійності: секціонування, обхідна

система шин.

3. Монтаж і експлуатація двотрансформаторних КТП 10/0,38 кВ.

4. Розрахуйте потужності на ділянках замкненої мережі U_ном=150кВ

5. Для заданої схеми електропостачання провести розрахунок струмів короткого замикання. Розрахунок провести в іменованих одиницях. Розрахувати релейний захист лінії. Навести схеми захистів.

1. Схеми комутації конденсаторних установок.

2. Поясніть конструкцію та принцип роботи трансформатора.

3. Монтаж і експлуатація розподільних комірок типу КРУ напругою понад 1000 В.

4. У колі синусоїдного струму U =20В, R = X _L= X _C=10 Ом. Визначити струм I, показ вольтметра, активну, реактивну і повну потужності кола.

5. Визначити номінальний струм трифазного асинхронного короткозамкненого двигуна та його пусковий струм, якщо Р _ном=8 кВт, n _ном=2890 об/хв; η _ном=86%, cos φ _ном=0,9, U _ном=380 В, кратність пускового струму 6,6. Обмотки статора сполучені зіркою.

1. Основи експлуатації повітряних ліній електропередавання

2. Поясніть, які заходи використовують для підвищення динамічної стійкості енергосистеми.

3. Вибір параметрів та способи підвищення чутливості диференційного захисту.

4. Конденсатор ємністю С =100 мкФ, з'єднаний послідовно з резистором R = 100Ом, вмикається в коло на постійну напругу U =100 В (рис. 1.). Якого значення досягне напруга u_C на затискачах конденсатора через 0,002 с від моменту вмикання. Конденсатор до вмикання був розряджений.

Рисунок 1- Електрична схема кола

5. У колі постійного струму І =5 A, R ₁=10 Ом, R ₂=20 Ом, R ₃=15 Ом, R ₄=5 Ом, R ₅=3Ом. Визначити показ вольтметра і потужність джерела струму.

1. Поясніть конструкцію та принцип роботи синхронної машини.

2. Шляхи покращення якості електроенергії.

3. Поздовжній та поперечний диференційні захисти.

4. Для заданих значень параметрів приводу з синхронним електродвигуном розрахувати і побудувати кутову характеристику. Вихідні дані: Р ном = 630 кВт; U ном = 6 кВ; cos j _ном= 0,9; n _ном, = 600 об/хв; І с ном = 71,5 А; Rc = 0.57 Ом; Х " = 1,2 Ом; R " = 0.75 Ом.

5.Двотрансформаторна цехова підстанція 10/ 0,38 кВ отримує живлення від головної знижувальної підстанції ГЗП по двоколовій кабельній лінії напругою 10 кВ. Для заданих вихідних даних потрібно:

· вибрати потужність і тип трансформаторів;

· вибрати переріз жил і марку кабеля;

· розрахувати напругу на шинах НН підстанції при заданій напрузі U ₁ на початку лінії та заданому положенні перемикачів відгалужень трансформаторів.

· вибрати схему електричних сполучень розподільної мережі.

Вихідні дані до завдання

1. Як визначити втрати електроенергії в розподільній мережі?

2. Основи експлуатації повітряних ліній електропередавання

3. Призначення, конструкція та умови вибору високовольтних комутуючих апаратів.

5. Розрахуйте втрати потужності, електроенергії, коефіцієнт корисної дії лінії

U_ном = 220кВ, l=130км, АС400/18, D_с= 8,5м, Р=140МВт, cosφ=0,9,

Т_макс=4500год.

1. Схеми з двома системами шин і одним вимикачем у колі

2. Розрахунок електричних кіл методами накладання і еквівалентного генератора.

3. Вибір потужності електродвигуна для повторно-короткочасного режиму роботи.

4. Перевірити, чи вірно вибрані шини в колі генератора. Шини виконані з алюмінію (смуга 120 ´ 10 мм²). Фази розміщені у вертикальній площині, шини закріплені на ізоляторах на ребро. Відстань між фазами — 60 см, між окремими ізоляторами —150 см. Початкові періодичні струми трифазного КЗ: від системи I _RC = 25 кА; від генераторів Г1 і Г2 I _R1 = I _R2 = 12 кА. Постійні часу згасання Т _а.с = 0,05 с, Т _а.г = 0,15 с.

5. Розрахуйте втрати потужності, електроенергії, коефіцієнт корисної дії трансформатора ТМН-4000/35/10, P=3МВт, cosφ=0,8, Т_макс=3500год.

1. Монтаж і експлуатація електричних машин.

2. Схеми багатокутників.

3. Вимоги до пристроїв АВР і розрахунок їх параметрів.

4. Виберіть марки проводів за втратою напруги U_ном=6кВ,F=const, DU_доп=8%

5. До трифазної мережі з симетричною системою напруг U _л=380 В під’єднані опори навантаження R = X _L= X c=100 Ом. Визначити струми І _А, І _В І _С, І _n, активну, реактивну та повну потужності трифазного навантаження.

1. Потужність в колах однофазного та трифазного синусоїдного струму (активна, реактивна і повна).

2. Схеми містка з застосуванням вимикачів, короткозамикачів, роз’єднувачів.

3. Монтаж і експлуатація зовнішнього і внутрішнього контурів заземлення.

4. Вибрати економічно доцільний спосіб обмеження струму КЗ до значення 12 кА на шинах напругою 10 кВ двотрансформаторної підстанції 110/10 кВ. Потужність КЗ на шинах вищої напруги S _КЗ = 2000 МВ·А, номінальна потужність кожного трансформатора 25 МВ·А, U _КЗ = 10,5 %.

5. Живлення споживачів здійснюється по одноколовій магістральній лінії напругою 35 кВ. При заданих потужностях споживачів і довжинах ділянок лінії потрібно:

· вибрати поперечний переріз і марку проводів ліній;

· розрахувати втрати потужності;

· розрахувати вартість втрат електричної енергії при тарифі 80 коп /(кВт.год);

Вихідні дані до завдання

1. Вибір потужності трансформаторів і автотрансформаторів.

2. Схеми з двома системами шин і трьома вимикачами на два приєднання.

3. Вимоги до пристроїв АПВ і розрахунок їх параметрів.

5. Для заданої схеми і паспортних даних електроприймачів (ЕП) визначити поперечний переріз проводів лінії l 3 та потужність трансформатора Т1. Потужність конденсатора Q _к= 300 квар.

1. Економічні режими роботи трансформаторів.

2. Схеми ТЕЦ на генераторній напрузі.

3. Графіки електричних навантажень. Методи розрахунку середніх навантажень.

4. Для заданої схеми електропостачання провести розрахунок струмів короткого замикання. Розрахунок провести в іменованих одиницях з врахуванням активних опорів. Розрахувати релейний захист лінії. Навести схему захисту.

5. У колі синусоїдного струму R= 30Ом, U =200 В, Х_С =40 Ом, X_L=40 Ом. Визначити струми у вітках кола, а також активну, реактивну та повну потужності кола.

1. Схеми з двома системами шин і чотирьома вимикачами на три приєднання.

2. Вибір кількості та потужності силових трансформаторів цехових ТП і ГЗП.

3. Вимоги до пристроїв АЧР і розрахунок їх параметрів.

4. Головна знижувальна підстанція (ГЗП) підприємства отримує живлення по двоколовій повітряній лінії напругою 35 кВ. На підстанції встановлені два трансформатори типу ТМН-16000/35 з вторинною номінальною напругою 10,5 кВ. У центрі живлення підтримується напруга U ₁=37,5 кВ. Для заданих вихідних даних потрібно:

· вибрати поперечний переріз проводів лінії методом економічних інтервалів;

· перевірити вибраний переріз за умовою допустимого нагрівання;

· визначити напругу на вторинній стороні підстанції при номінальному значенні коефіцієнта трансформації;

· вибрати схему електричних сполучень ГЗП.

Вихідні дані до завдання

5.. Виберіть марки проводів за умовою допустимої втрати напруги при мінімальній витраті провідникового матеріалу К_р=const,

U_ном=35кВ, DU_доп=8%

1. Схеми підстанцій на високій напрузі.

2. Способи регулювання напруги у трансформаторах

3. Типи компенсувальних пристроїв, їх характеристика та схеми приєднання.

4. Виберіть номінальну напругу і приведіть електричну схему мережі

Р₁=30МВт, Р₂=40МВт,, l_А1=30км,, l₁₂=20км,, l_А2=40км, споживачі першої категорії

5.Трифазний симетричний приймач, сполучений трикутником, живиться від трифазної мережі з лінійними напругами U_АB = U_BС = U_СA =380 В і споживає потужність Р = 20 кВт при коефіцієнті потужності соs φ = 0,8. Визначити активний і індуктивний опір фази приймача, а також лінійні та фазні струми.