- •Часть 1. Тема «Законы постоянного тока» 10
- •Часть 2. Электромагнетизм 24
- •Часть 3. Переменный ток (краткая теория) 41
- •Часть 4. Трехфазный ток 74
- •Часть 5. Трансформаторы 96
- •Часть 6. Электрические машины 126
- •Часть 7. Практическая работа: Расчет стоимости электроэнергии 172
- •Указания к выполнению и оформлению контрольных работ
- •Выбор вариантов задач контрольной работы
- •Содержание учебной дисциплины
- •Раздел 1 Электрическое поле. Электрические цепи постоянного тока
- •Раздел 2. Электромагнетизм и электромагнитная индукция
- •Раздел 3. Электрические измерения и электротехнические приборы
- •Раздел 4. Электрические цепи переменного однофазного тока
- •Раздел 5. Трехфазные электрические цепи
- •Раздел 6. Трансформаторы
- •Раздел 7. Электрические машины переменного и постоянного тока
- •Раздел 8. Основы электроники. Полупроводниковые приборы
- •1.1 Закон Ома для участка и полной цепи
- •1.2. Последовательное и параллельное соединение проводников
- •Последовательное соединение
- •Общее напряжение u на проводниках равно сумме напряжений u1, u2 ,u3 равно:
- •Параллельное соединение
- •1.3. Расширение пределов измерения амперметра и вольтметра
- •1.4. Примеры решения задач
- •1.4.1. Пример 1
- •1.4.2. Пример 2
- •1.4.3. Пример 3
- •1.5. Задания к контрольной работе Задачи вариантов 1 – 10, 11 – 20
- •Задачи вариантов 21- 30, 31 – 40
- •Задачи вариантов 41 – 50
- •Часть 2. Электромагнетизм
- •2.1. Основные формулы и уравнения
- •Взаимодействие проводников с током. Электромагнит.
- •Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение.
- •Закон полного тока.
- •Индуктивность
- •Энергия магнитного поля
- •Взаимная индукция
- •2.2. Вопросы по теме «Магнитные свойства вещества»
- •1 Вариант
- •2 Вариант
- •3 Вариант
- •2.3. Характеристики намагничивания стали
- •2.4. Расчет магнитной цепи
- •Теоретическая часть
- •2.5. Задача на расчет магнитной цепи Задача 1. Прямая задача расчета мц
- •Порядок расчета.
- •Задача 2. (обратная задача расчета мц)
- •2.6. Задания вариантам практической работе «Расчет магнитных цепей»
- •Часть 3. Переменный ток (краткая теория)
- •3.1. Получение синусоидальной эдс
- •3.2. Характеристики синусоидальных величин
- •3.3. Цепь переменного тока с активным сопротивлением
- •3.4. Цепь с катушкой индуктивности
- •3.5. Цепь с конденсатором
- •3.6. Основные формулы и уравнения
- •3.7. Задачи с решениями по теме
- •3.8. Методические указания к решению задач
- •Общее решение типовых задач
- •3.9. Примеры задачи при последовательном соединении Особенности расчета цепи при другой комбинации элементов схемы
- •3.10. Порядок построения диаграммы
- •3.11. Расчет параллельных цепей переменного тока
- •3.12. Пример задачи параллельного соединения
- •Решение.
- •Построение векторной диаграммы
- •3.13. Практическая работа
- •3.14. Задания по теме «Синусоидальный переменный ток» Задачи вариантов 1 -10
- •Задачи вариантов 11-20
- •3Адачи вариантам 21 – 30
- •Задачи вариантам 31- 40
- •Задачи вариантов 41 – 50
- •Часть 4. Трехфазный ток
- •4.1. Трехфазный ток (краткая теория)
- •4.1.1. Трехфазные системы
- •4.1.2. Схемы соединения трехфазных систем
- •Соединение обмоток генератора звездой
- •2. Соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении обмоток генератора звездой
- •3. Соединение обмоток генератора треугольником
- •4. Соединение приемников энергии звездой
- •4.2. Методические указания по теме «Трехфазные электрические цепи»
- •4.3. Пример решения задачи по схеме «звезда»
- •4.4. Пример решения задачи по схеме «треугольник»
- •Решение.
- •Порядок построения векторной диаграммы
- •4.5. Задания контрольной работе Задачи вариантов 1 -10
- •Задачи вариантов 11 – 20
- •Задачи вариантов 21 – 30
- •Задачи вариантов 31 – 40
- •Задачи вариантов 41 – 50
- •Часть 5. Трансформаторы
- •5.1. Устройство, назначение, принцип работы, применение
- •5.1. 1. Назначение и применение
- •5.1.2. Устройство трансформатора
- •5.1. 3. Нагрев и охлаждение трансформаторов
- •5.1.4. Формула трансформаторной эдс
- •5.1.5. Принцип действия. Коэффициент трансформации
- •5.1.6. Холостой ход однофазного трансформатора
- •5.1.7. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил
- •5.1.8. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
- •5.1.9. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора
- •5.1.10. Трехфазные трансформаторы
- •5.1.11. Регулирование напряжения трансформаторов
- •5.1.12. Автотрансформаторы
- •5.1.13. Измерительные трансформаторы
- •5.1.14. Сварочные трансформаторы
- •5.2. Расчет трансформатора
- •5.2.1. Номинальные значения
- •5.2.2. Пример по схеме «звезда» (однофазный трансформатор)
- •5.2. 3. Пример задачи трехфазного трансформатора
- •5.3. Задания контрольной работе Задачи вариантов 1 – 10 (однофазный понижающий трансформатор)
- •Задачи вариантам 11-20
- •Технические данные трансформатора
- •Часть 6. Электрические машины
- •6.1. Электрические машины переменного тока (теория)
- •6.1.1. Назначение и их классификация.
- •6.1.2. Вращающееся магнитное поле
- •2. Подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.
- •6.1.3. Устройство трехфазных асинхронных двигателей
- •6.1.4. Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.1.5. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •6.1.6. Однофазные асинхронные двигатели
- •1. Однофазный двигатель не имеет пускового момента. Он будет вращаться в ту сторону, в которую раскручен внешней силой.
- •6.1.7. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей
- •6.2. Электрические машины постоянного тока
- •6.2.1. Устройство машин постоянного тока
- •6.2.2. Принцип действия машины постоянного тока
- •6.2.3. Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент
- •6.2.4. Генераторы постоянного тока
- •6.2.5. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением
- •6.2.6. Общие сведения о двигателях с последовательным и смешанным возбуждением
- •6.2.7. Коллекторные двигатели переменного тока
- •6.2.7. Синхронные двигатели. Конструкция, принцип действия
- •6.3. Методические указания и задачи
- •6.3.1. Расчет генератора постоянного тока
- •Решение
- •6.3.2. Расчет двигателя постоянного тока
- •Решение
- •6.3. 3. Расчет двигателей переменного тока
- •Пример расчета двигателя
- •Решение
- •6.3.4. Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
- •6.4. Задания контрольных работ Задачи вариантов 1 - 10
- •Задачи вариантов 11 - 20
- •Задачи вариантам 21 - 30
- •Часть 7. Практическая работа: Расчет стоимости электроэнергии
- •Часть 8. Электробезопасность
- •8.1. Защитное заземление и зануление на строительных площадках
- •Возможные прикосновения
- •2. Режим нейтрали трансформатора
- •3. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
- •4. Защитное заземление и зануление
- •5. Защитное зануление
- •Первое требование
- •Второе требование
- •8.2. Общие требования к заземляющим устройствам
- •Естественные и искусственные заземлители
- •8.3. Заземление и зануление передвижных установок и переносных электроинструментов
- •8.4. Правила эксплуатации защитного заземления и зануления
- •Часть 9. Практическая работа. Тема. Выбор типа электродвигателя
- •2. Режимы работы
- •3.Выбор двигателей для различных режимов работы
- •3.1.Продолжительный режим работы
- •3.2.Повторно-кратковременный режим работы
- •3.3. Кратковременный режим работы
- •1.4. Определить моменты двигателя
- •2.3. Определяется расчетная продолжительность включения:
- •Задания контрольной работы
- •Технические данные асинхронных двигателей основного исполнения
- •Часть 10. Экзаменационные вопросы по электротехнике
- •10.1. Критерии оценивания
- •10.2. Экзаменационные вопросы
- •Литература
5.1.8. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке
В трансформаторе, так же как и в электрическом генераторе, необходимо знать изменение напряжения на его вторичных зажимах при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке.Оно определяется по формуле
∆U%=100% и носит название процентного изменения напряжения трансформатора. Эта величина при I2 = 12ном и cos φ2=1 составляет (2—3%)U2ном. На диаграмме напряжений нагруженного трансформатора при номинальных токах в обмотках (рис.6) э. д. с. первичной обмотки Е1 меньше, чем при холостом ходе, на падение напряжения I1Z1, так какU1 = E1 + (I1 Z1 + (I1 X1)
При уменьшении Е1 уменьшается поток Фм и э. д. с. вторичной обмотки становится меньше, чем при холостом ходе, т. е. E2 < E2x
Напряжение U2 вторичной обмотки нагруженного трансформатора получается вычитанием падения напряжения во вторичной обмотке не из ЭДС холостого хода Е2х, а из ЭДС нагруженного трансформатора Е2, т. е. U2 = Е2 — (I2r2 + IX2),
где X2 — индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния вторичной обмотки. Т. о., формула ∆U%=100% учитывает потери напряжения в обеих обмотках.
5.1.9. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора
Мощность потерь в обмотках трансформатора зависит от токов I1 и I2, активных сопротивлений обмоток r1 и r2 и равна Р0 =I12 r1 + I22 r2.
Определение этой мощности производится опытом короткого замыкания трансформатора, который проводится по схеме рис5A, если вторичную обмотку замкнуть накоротко, а к первичной подвести такое пониженное напряжение Uк, при котором в обмотках устанавливаются номинальные токи I1н и 12н. Напряжение UK называется напряжением короткого замыкания, оно не превышает (5—10%)U1ном и всегда обозначено на табличке трансформатора. При этом опыте безразлично, какую обмотку сделать первичной.
Мощность в цепи питания, измеренная при этом опыте, расходуется на покрытие потерь в обмотках Роном и потерь в стали при коротком замыкании Рст.ном, которые вследствие малого значения индукции Вк так малы, что ими пренебрегают. Тогда вся мощность при коротком замыкании равна:
Рк.ном = Ро.ном + Рст.ном ≈ Ро.ном
Таким образом, полные потери нагруженного трансформатора при номинальных токах и при номинальном напряжении
∑Р = Ро.ном+ Рст.х
5.1.10. Трехфазные трансформаторы
В линиях электропередачи используют в основном трехфазные силовые трансформаторы. Внешний вид, конструктивные особенности и компоновка основных элементов этого трансформатора представлены на рис.7. и 8. . Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещаются две обмотки одной фазы: первичная и вторичная обмотки фазы АХ и ах; BY и by; CZ и с г. (рис.6).
Рис. 7. Размещение обмо- Рис. 8. Расположение и
ток на сердечнике трехфазно- маркировка выводов на
го трансформатора крышке бака трансформатора
Для подключения трансформатора к линиям электропередачи на крышке бака имеются вводы, представляющие собой фарфоровые изоляторы, внутри которых проходят медные стержни. Вводы высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, вводы низшего напряжения — буквамиа, b, с. Ввод нулевого провода располагают слева от вводаа и обозначаютО (рис.8.).
Принцип работы и электромагнитные процессы в трехфазном трансформаторе аналогичны рассмотренным выше. Особенностью трехфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации линейных напряжений от способа соединения обмоток.
Применяются главным образом три способа соединения обмотоктрехфазного трансформатора:
1) соединениепервичных и вторичных обмоток звездой (рис.9,а);
2) соединение первичных обмоток звездой, вторичных — треугольником (рис.9.,б);
3) соединение первичных обмоток треугольником, вторичных—звездой (рис.9,в).
а) б) в)
Рис. 9.. Способы соединения обмоток трехфазного трансформатора
По ГОСТ 11677-65 трансформаторы соединяются в схемы звезда — звезда с выведенной нулевой точкой (Y/Yн), звезда — треугольник (Y/∆) и звезда с нулевой точкой — треугольник (YH/∆). В числителе обозначено соединение обмотки ВН, в знаменателе НН.
Обозначим отношение чисел витков обмоток одной фазы буквойk, что соответствует коэффициенту трансформации однофазного трансформатора и может быть выражено через отношение фазных напряжений:k = ≈
Обозначим коэффициент трансформации линейных напряжений буквой с.
При соединении обмоток по схеме звезда — звезда c = U2Л / U1Л = U2Ф /(U1Ф) = 1 / k
При соединении обмоток по схеме звезда — треугольник c=U2Л / U1Л = U2Ф /(U1Ф) = k /
При соединении обмоток по схеме треугольник — звезда с = U2Л / U1Л = U2Ф /U1Ф =/ k
Таким образом, при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в раза увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, выбирая соответствующую схему соединения обмоток.
Рис.10. Диаграмма МДС трехфазного трансформатора
Рис.11. Трехфазный трансформатор
Во многих случаях сеть напряжением U1 должна одновременно питать две другие сети с различными напряжениями U2 и U3. Для этого необходимо иметь два трансформатора с коэффициентами трансформации k1 = и k2 = .
Для той же цели применяют трансформатор, имеющий одну первичную обмотку высшего напряжения (ВН) и две вторичные: среднего (СН) и низшего (НН).
Такой трансформатор называется трехобмоточным, например, трехфазный трансформатор номинальной мощностью S ном = 6300 кВ А и напряжениями ВН – 121 кВ, СН – 38,5 кВ и НН – 11 кВ.
Обмотки трехобмоточных трансформаторов соединяются по схеме
YH / YH / ∆ -0 -11 или YH / ∆ / ∆ - 11 - 11.
Номинальные мощности обмоток одинаковы. Трехобмоточный трансформатор экономичнее, чем два отдельных двухобмоточных трансформатора.
Многообмоточныетрансформаторы имеют одну первичную обмотку и несколько вторичных в зависимости от числа питаемых цепей и применяются, например, в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах и др. Все обмотки рассчитываются на соответствующие напряжения.