Контрольні завдання

Перелік матеріалів

1. Навчальна програма дисципліни.

2. Комплект контрольних завдань з навчальної дисципліни.

3. Еталонні рішення (відповіді).

4. Критерії оцінки контрольних робіт.

5.Перелік довідкової літератури, обладнання, приладів, матеріалів, комп’ютерних програм тощо, користування якими дозволяється при виконанні

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Контрольні завдання

з дисципліни Основи автоматизованого проектування електричних машин

^(назва)

для студентів спеціальності (напряму) 6.050702.

^(код)

Електричні машини та апарати.

^(назва)

Завдання №1

1.1 Визначення стандартизації.

1.2 Написати і проаналізувати вираз, по якому розраховується МРС повітряного проміжку, пояснити величини, що до нього входять.

1.3 Мета і загальний підхід до приведення вентиляційного розрахунку.

1.4 Задача. Оцінити активний опір фази обмотки статора асинхронного двигуна, якщо відомі: номінальна потужність P_2H = 22 кВт, номінальна напруга U_H = 220/380 В, число полюсів 2р = 4, = 0, 88, ККД – 0, 9, число послідовних витків у фазі w₁ = 92, число паралельних гілок а = 2, довжина пазової частини обмотки l_п = 0, 145 м, одностороння довжина лобової частини обмотки l_л1 = 0, 22 м, переріз елементарного провідника q_ел = 1, 84·10^-6 м², кількість елементарних провідників n = 2, клас нагрівостійкості – F, питомий опір міді при 115º С – ρ _м = 1/(41·10⁶) Ом·м. Подати опір у відносних одиницях.

1.5 Задача. Використовуючи відомі способи, оцінити основні розміри синхронного двигуна потужністю Р₂ = 500 кВт, що має = 0, 9, Е₁/U_H =1, 05, коефіцієнт корисної дії η =94, 42, швидкість обертання n_Н = 750 об/хв, коефіцієнт геометрії β = τ /l_δ = 0, 804 і λ ₁ = = 0, 24.

Пояснити кінцевий вибір основних розмірів.

Завдання №2

1.1 Перерахувати форми стандартизації.

1.2 Проаналізувати вираз, що пов’язує величину індукції в довільному перерізі слабко насиченого зубця з індукцією в повітряному проміжку; пояснити вхідні величини.

1.3 Подати ескіз електричної машини з аксіальною системою самовентиляції.

1.4 Задача. Електрична машина має форму гладкого паралелепіпеда з висотою h = 0, 2 м, шириною b = 0, 2 м і довжиною l = 0, 3 м. Оцінити, яка величина втрат відводиться з машини в навколишнє середовище, якщо різниця температур між поверхнею машини і навколишнім середовищем Δ θ = 10º С. При розрахунку вважати, що машина знаходиться в спокійному повітрі, і теплопередача здійснюється зі всієї поверхні однаково.

1.5 Задача. Оцінити у відносних одиницях опір розсіювання ротора асинхронного трифазного двигуна з к.з. ротором. Двигун має Р₂ = 250 кВт, U_{1ном. фазн.} = 380 В, I_{1ном. фазн} = 268 A, n₁ = 1000 об/хв., f₁ = 50 Hz. Розміри паза дані на рисунку 1 в мм. Додатково відомо: w₁ = 40; К_об =0, 926; l_δ = 0, 36 м; Z₂ = 82; δ = 1 мм; К_б = 1, 2; t₂ = 17, 9 мм. Розміри кільця, замикаючого кільця і прилеглого до пакета сталі ротора а_кл b_кл = (15 40) мм. Середній діаметр к.з. кільця D_кл.ср. = 42, 8 см.

Рисунок 1

Завдання №3

1.1 Дати визначення стандарту.

1.2 Написати закон, на основі якого проводиться розрахунок магнітного кола електричної машини; вказати ділянки, що характерні для магнітного кола електричних машин.

1.3 Подати ескізи електричної машини з узгодженою і зустрічною радіальними схемами вентиляції.

1.4 Задача. Оцінити величину діаметра розточки статора і розрахункову довжину асинхронного двигуна, якщо відомо: розрахункова потужність S_i = 500 кВ·А, число полюсів 2р = 4, постійна Арнольда С_А = 4·10^-6 м³/Дж, відношення τ /l_δ = 0, 8.

1.5 Задача. Оцінити товщину нажимної шайби H_I, якщо для синхронного двигуна потужністю 500 кВт, U₁ = 6 кВ, n₁ = 500 об/хв відомі наступні величини:

q_c = 10⁶ Па – зусилля запресовки пакету статора;

D_a = 1, 18 м – зовнішній діаметр статора; D = 0, 9 м – діаметр розточки статора; D₂ = 1, 05 м – внутрішній діаметр нажимної шайби; Z₁ = 90 – кількість пазів статора; h_п = 7, 4·10^-2 м і b_п = 1, 25·10^-2 м – висота і ширина паза статора.

Завдання №4

1.1 В чому суть уніфікації?

1.2 Написати вираз для розрахунку МРС ярма, що прилягає до неявно виражених полюсів електричної машини; пояснити вхідні величини.

1.3 Написати вираз для визначення динамічного напору (падіння тиску) на і -ій ділянці системи вентиляції.

1.4 Задача. Оцінити розрахункову потужність асинхронного двигуна серії 4А потужністю 90 кВт, якщо відомі: номінальна напруга U_H = 220/380 В, номінальний струм фази I_нф = 174, 4 А, = 0, 85, ККД = 0, 92, синхронна швидкість n₁ = 750 об/хв., відношення Е₁/U_1нф = 0, 97, ступінь захисту IP 23.

1.5 Задача. Визначити перегрів обмотки та сталі магнітопроводу статора відносно температури оточуючого повітря асинхронного двигуна зі ступенем захисту ІР 23 потужністю Р_н = 14 кВт, якщо відомі втрати в обмотці статора р₁ = 730 Вт та втрати сталі р₂ = 190 Вт. При розв’язанні використати наведену теплову схему заміщення та наступні теплові опори: R₁ = 0, 11 º С/Вт – між обмоткою статора і оточуючим повітрям; R₂ = 0, 3 º С/Вт – між обмоткою і сталлю магнітопроводу; R₃ = 0, 25 º С/Вт – між сталлю магнітопроводу і оточуючим повітрям.

Рисунок 1

Завдання №5

1.1 Суть та види нормалей.

1.2 Методика визначення МРС зубцевої зони, що має постійний переріз чи прямокутний паз.

1.3 Принципи визначення величини аеродинамічних коефіцієнтів при різкому стисненні і розширенні воздухопровіду.

1.4 Задача. Оцінити у скільки разів зростуть втрати і тепловий потік в електричній машині, потужність якої в 16 разів вище заданої, якщо користуватись закономірностями геометрично подібного ряду електричних машин?

1.5 Задача. Оцінити діаметр бандажного кільця на лобових частинах статора синхронного двигуна і діаметр шпильок, що стягують пакет статора, якщо відомо D_a = 1, 18 м – зовнішній діаметр статора; D = 0, 9 м – діаметр розточки; 2р = 12 – кількість полюсів; Z₁ = 90 – кількість пазів статора; h_п = 7, 4·10^-2 м і b_п = 1, 25·10^-2 м – розміри паза статора, q_c = 10⁶ Па – зусилля запресовки статора; m_k = 1 – число бандажних кілець на лобових частинах обмотки статора; m_ш = 12 – число шпильок, що стягують пакет статора.

Завдання №6

1.1 Основні вимоги, які має забезпечити спроектована електрична машина.

1.2 Виразити кількість ефективних провідників в пазу U_п через лінійне навантаження А.

1.3 Провести аналогію між параметрами електричного кола і параметрами схеми заміщення вентиляції.

1.4 Задача. Оцінити МРС повітряного проміжку турбогенератора потужністю 30000 кВт і з номінальною напругою 10500 В, якщо відомо додатково: діаметр розточки статора D = 0, 895 м, розрахункова довжина l_δ = 2, 48 м, величина повітряного проміжку δ = 0, 033 м, коефіцієнт повітряного проміжку з урахуванням зубчастості статора К_δ = 1, 16 м і зубчастостіротора α _δ = 0, 63, кількість полюсів 2р = 2, магнітний потік у проміжку Ф_δ = 1, 7 Вб. Примітка: розрахунок вести на пару полюсів.

1.5 Задача. Оцінити необхідність кількість витків дротяного бандажа, що необхідно накласти на лобові частини генератора постійного струму з однієї сторони, якщо відомо: (а b) = (4, 1 12, 5)·10^-6 м² – переріз одного голого мідного провідника, в пазу таких провідників N_n = 4; D = 0, 59 – діаметр якоря; Z = 56 – кількість зубців (пазів); 2р= 6 – кількістьполюсів генератора; h_n = 3, 8·10^-2 – висота паза якоря; n_max = 1250 об/хв. – максимальна частота обертання якоря.

Яка кількість витків бандажу необхідна в випадку виконання його зі склострічки?

Завдання №7

1.1 Проаналізувати етапи розробки проектно-конструктивної документації

1.2 Написати вираз, що дозволяє визначити кількість послідовних витків у фазі w₁ через кількість ефективних провідників у пазу U_{n .}

1.3 Проаналізувати вираз для аеродинамічного опору. Дати пояснення.

1.4 Задача. Оцінити активний опір фази обмотки асинхронного двигуна, якщо відомі: номінальна потужність P_2H = 22 кВт, номінальна напруга U_H = 220/380 В, число полюсів 2р = 4, = 0, 88, ККД – 0, 9, число послідовних витків у фазі w₁ = 92, число паралельних гілок а = 2, довжина пазової частини обмотки l_п = 0, 145 м, одностороння довжина лобової частини обмотки l_л1 = 0, 22 м, переріз елементарного провідника q_ел = 1, 84·10^-6 м², кількість елементарних провідників n = 2, клас нагрівостійкості – F, питомий опір міді при 115º С – ρ _м = 1/(41·10⁶) Ом·м. Подати опори в відносних одиницях.

1.5 Задача. Оцінити поверхневі втрати і пульсаційні втрати в роторі асинхронного двигуна з фазним ротором, що має потужність 14, 5 кВ·А, напругу U_H = 220/380 В, індукція в повітряному проміжку В_δ = 0, 75 Тл, середнє значення індукції в зубці ротора дорівнює В_Z2cep = 0, 75 Тл, повітряний проміжок δ = 0, 5·10^-3 м, розрахункова довжина l_δ = 0, 12 м, зубцевий шаг статора t₁ = 12, 1·10^-3 м, и ротора t₂ =15, 2·10^-3 м, h_Z2 = 32·10^-3 м, ширина зубця (середня) b_Z2cep = 6, 5·10^-3 м, b_ш1 = 3, 7·10^-3 м, и ротора b_ш2 = 1, 5·10^-3 м, число зубців статора Z₁ = 48, і ротора Z₂ = 38, коефіцієнт заповнення сталлю K_c = 0, 96, коефіцієнт K_δ = 1, 21, коефіцієнтобробки ротора K_обр2 = 1, 7.

Завдання №8

1.1 Що розуміють під основними розмірами трансформаторів при проектуванні?

1.2 Проаналізувати загальний підхід до визначення кількості зубців якоря електричної машини.

1.3 Принцип знаходження величини аеродинамічних коефіцієнтів при повороті струї повітря.

1.4 Задача. Електрична машина має форму гладкого паралелепіпеда з висотою h = 0, 2 м, шириною b = 0, 2 м і довжиною l = 0, 3 м. Оцінити величину втрат, які відводяться з машини в навколишнє середовище, якщо різниця температур між поверхнею і навколишнім середовищем Δ θ = 10º С. При розрахунку вважати, що машина знаходиться в спокійному повітрі, і теплопередача здійснюється зі всієї поверхні однаково.

1.5 Задача. Оцінити, обрати і перевірити на механічну міцність клин для обмотки якоря генератора постійного струму, якщо відомо: (а b) = (4, 1 12, 5)·10^-6 м² – переріз голого провідника, що лежить в пазу, всього в пазу таких провідників; N_n = 4; b_п = 11·10^-3 м – ширина паза; h_n = 38·10^-2 м – висота паза; D = 0, 59 – зовнішнійдіаметр якоря; n_н = 1000 об/хв. – номінальна швидкість обертання; n_max = 1250 об/хв. – максимальна частота обертання якоря. Матеріал клина – бук.

Завдання №9

1.1 Що розуміють під основними розмірами електричних машин при проектуванні?

1.2 Проаналізувати вираз для розрахунку МРС ярма, що прилягає до явновиражених полюсів.

1.3 Принцип знаходження еквівалентного аеродинамічного опору, що паралельно ввімкнено до аеродинамічних опорів?

1.4 Задача. Оцінити розрахункову потужність асинхронного двигуна серії 4А потужністю 90 кВт, якщо відомі: номінальна напруга U_H = 220/380 В, номінальний струм фази I_нф = 174, 4 А, = 0, 85, ККД = 0, 92, синхронна швидкість n₁ = 750 об/хв., відношення Е₁/U_1нф = 0, 97, ступінь захисту IP 23.

1.5 Задача. Оцінити приведену величину активного опору короткозамкненого ротора трифазного асинхронного двигуна, що має потужність 160 кВт, номінальну напругу U_H = 380/660 В, номінальний струм I_н = 165 А, число полюсів 2р = 4. Додатково відомо: діаметр ротора D₂ = 0, 3332 м, довжина пакета ротора l₂ = 0, 288 м, число пазів статора Z₁ = 60, і ротора Z₂ = 50, обмотковийкоефіцієнт статора K_об1 = 0, 91, число паралельних гілок обмотки статора а = 4, число провідників в пазу статора U_n = 20, висота кільця ротора h_кл = 0, 048·10^-2 м, переріз стрижня ротора q_с = 215, 28·10^-6 м² і кільця q_кл = 1104, 28·10^-6 м. Клас ізоляції «F» (питома провідність алюмінію ρ ₁₁₅ = Ом·м)

Завдання №10

1.1 Проаналізувати, що означає коефіцієнт заповнення круга в трансформаторі?

1.2 Загальний підхід до виразу, по якому визначається основні втрати в сталі магнітопроводу якоря електричних машин. Дати пояснення.

1.3 Загальний підхід до величин аеродинамічних коефіцієнтів при вході повітря в охолоджувальні канали.

1.4 Задача. Електричний двигун має потужність 800 кВт та масу 7, 81 т. Оцінити, використовуючи співвідношення геометрично подібного ряду електричних машин, в скільки разів збільшиться лінійна довжина і яка величина маси двигуна потужністю 2000 кВт? Інші номінальні величини вважати постійними.

1.5 Задача. Визначити величину МРС зубця ротора трифазного двигуна з фазним ротором, що має потужність 140 кВт, номінальну напругу U_H = 380/660 В, якщо ротор має 81 зубець та відома форма паза на рисунку 1 і його розміри: b_п = 0, 7·10^-2 м, h_z2 = 0, 038 м. Діаметр ротора D₂ = 0, 438 м, розрахункова довжина l_δ = 0, 2 м. Сталь магнітопроводу 2312, коефіцієнт заповнення сталлю K_c = 0, 95. Індукція у повітряному проміжку В_δ = 0, 72 Тл. При визначенні МРС використати формулу Сімпсона.

Рисунок 1

Завдання №11

1.1 Проаналізувати значення коефіцієнта заповнення сталлю в трансформаторі. Яка величина цього коефіцієнта?

1.2 Написати вираз для визначення активного опору фази якоря електричних машин. Проаналізувати вхідні величини.

1.3 Дати ескіз електричної машини з аксіально-радіальною системою вентиляції.

1.4 Задача. Оцінити МРС повітряного проміжку явнополюсного двигуна потужністю 2000 кВт і з номінальною напругою 6000 В. Додатково відомо: число пар полюсів р = 8, індукція в повітряному проміжку В_δ = 0, 88 Тл, коефіцієнт Картера (повітряного проміжку) K_{δ 1} = 1, 2 і для ротора K_{δ 2} = 1, 22, середнє значення повітряного проміжку δ = 0, 0041 м. Зауваження: розрахунок вести на пару полюсів.

1.5 Задача. Оцінити активний опір фази обмотки статора гідрогенератора потужністю S_H = 90 мВ·А, U_H = 13, 8 В, = 0, 8, f₁ = 50 Hz, n_H = 83, 3 об/хв., m = 3, якщо відомо: омічний опір фази при t = 75º C дорівнює 0, 0061 Ом, ширина паза b_п = 27, 5 м м, мідь провідників займає по ширині b_ш = 14, 8 мм, розміри елементарного провідника b_ш п_ш = 7, 4 2, 63 мм (без ізоляції), питомій опір міді при t = 75º C ρ = 2, 17·10^-8 Ом·м, довжина секції в пазовій частині – l_δ l₁ = 175, 5 см, лобової частини l _л = 90 см, число провідників по висоті паза т = 21.

Завдання №12

1.1 Проаналізувати значення коефіцієнта сталі в електричних машинах? Яка його величина?

1.2 Проаналізувати вплив електромагнітних навантажень на величини активного опору фази якоря електричної машини на втрати.

1.3 Математичний запис (у відносних одиницях) і графічний вигляд статичної характеристики вентилятора.

1.4 Задача. Оцінити діаметр розточки статора і розрахункову довжину асинхронного двигуна, якщо відомо: розрахункова потужність S_i = 500 кВ·А, число полюсів 2р = 4, постійна Арнольда С_А = 4·10^-6 м³/Дж, відношення τ /l_δ = 0, 8.

1.5 Задача. Оцінити індуктивний опір розсіювання обмотки статора у відносних одиницях синхронного генератора типу СГД, який має номінальну потужність Р_н = 3500 кВт, номінальну наругу U_H = 6300 В, номінальну швидкість обертання n_H = 1000 об/хв., ККД η = 96%, = 0, 8, номінальну частоту f = 50 Hz. Додатково відомо: число ефективних витків у фазі обмотки статора w₁ = 72, число пазів статора Z₁ = 72, розрахункова довжина l_δ = 0, 83 м, число пазів на полюс і фазу q = 4, розрахункове укорочення β = 0, 833, коефіцієнти K_β = 0, 906 і K_{β 1} = 0, 87, величина λ ^’_k = 0, 28, коефіцієнт полюсного покриття α = 0, 7, зубцева поділка t₁ = 4, 36 см, довжина статора (з урахуванням вентиляційних каналів) l^’_δ = 84, 4·10^-2 м, довжина лобових частин l_л = 57·10^-2 м, полюсна поділка τ = 52, 3·10^-2 м, розрахунковий повітряний проміжок δ ₁ = 0, 8·10^-2, коефіцієнт Картера (повітряного проміжку) К_δ = 1, 2. Розміри паза по ескізу паза і його розміри наведені на рисунку 1.

b_п = 17, 2 мм h₁ = 6, 85 мм

h_п = 54, 3 мм h₀ = 6, 7 мм Рисунок 1 Завдання №13

1.1 Проаналізувати коефіцієнт заповнення міддю вікна трансформатора. Яка величина цього коефіцієнта в силових трансформаторах?

1.2 Проаналізувати вираження для визначення середньої довжини витка обмотки якоря електричних машин.

1.3 Проаналізувати вираз для знаходження аеродинамічних коефіцієнтів для вузьких і довгих каналів.

1.4 Задача. Проаналізувати асинхронний двигун з фазним ротором потужністю 132 кВт, 2р = 6, U_H = 380/660 В, має діаметр розточи статора D = 0, 425 м, зубцевий шаг t₁ =18, 54 мм, лінійне навантаження 5, 141·10⁴ А/м, номінальний струм I_нф = 143 А, кількість паралельних гілок а = 3. Оцінити кількість провідників в пазу і кількість послідовних витків в фазі.

1.5 Задача. Оцінити величину внутрішнього діаметру кожного з 4-х болтів, за допомогою яких прикріплюється головний полюс прокатного реверсивного двигуна постійного струму потужністю Р₂ = 4560 кВт. Додатково відомо: n_H = 70 об/хв. – номінальна частота обертання, К = М_max/M_н – коефіцієнт перегрузки; 2р = 24 – кількість полюсів; D = 3, 6 м – діаметр якоря (зовнішній); m_n0 = 660 кг – маса одного полюса з обмоткою, матеріал болтів сталь Ст.3.

Завдання №14

1.1 Проаналізувати, які типи обмоток силових трансформаторів загального призначення застосовуються в трансформаторах потужністю до 1000 кВ·А.

1.2 Якими факторами обумовлені поверхневі втрати в сталі електричних машин? Від чого залежить їх величина?

1.3 Як визначити еквівалентний аеродинамічний опір паралельно з’єднаних аеродинамічних опорів?

1.4 Задача. Оцінити МРС повітряного проміжку турбогенератора потужністю 30000 кВт і з номінальною напругою 10500 В, якщо відомо додатково: діаметр розточки статора D = 0, 895 м, розрахункова довжина l_δ = 2, 48 м, величина повітряного проміжку δ = 0, 033 м, коефіцієнт Картера (повітряного проміжку) з урахуванням зубчастості статора К_δ = 1, 16 м і зубчастостіротора α _δ = 0, 63, кількість полюсів 2р = 2, магнітний потік у проміжку Ф_δ = 1, 7 Вб. Примітка: розрахунок вести на пару полюсів.

1.5 Задача. Використовуючи відомі способи, оцінити основні розміри синхронного двигуна потужністю Р₂ = 500 кВт, що має = 0, 9, Е₁/U_H =1, 05, коефіцієнт корисної дії η =94, 42, швидкість обертання n_Н = 750 об/хв, коефіцієнт геометрії β = τ /l_δ = 0, 804 і λ ₁ = = 0, 24.

Пояснити кінцевий вибір основних розмірів.

Завдання №15

1.1 Оцінити необхідність застосування транспозиції в гвинтових обмотках трансформатора. До чого призводить її відсутність?

1.2 Які фактори обумовлюють виникнення пульсацій магнітного потоку та втрат в сталі електричних машин? Де ці втрати виділяються і від чого залежать?

1.3 Проаналізувати види лопаток відцентрових вентиляторів, область їх використання, залежність енергетичного ККД від витрат.

1.4 Задача. Асинхронний двигун з к.з. ротором має: номінальну потужність 15 кВт, номінальна напруга U_H = 220/380В, число полюсів 2р = 4, ККД дорівнює 0, 9, ступінь захисту IP44, висота осі обертання 160 мм, клас нагрівостійкості F.

Оцінити мінімальний напір, який повинен створити вентилятор зовнішнього обдуву двигуна, якщо сумарний аеродинамічний опір Z_c = 660 Па·с²/(м⁶).

1.5 Задача. Оцінити додаткові втрати, що обумовлені ефектом витиснення, в обмотці статора синхронного двигуна загального призначення потужністю 560 кВт, U_н.ф = 3464 В, f₁ = 50 Hz, n_H = 600 об/хв., якщо відомо: основні втрати в міді статора (омічні) дорівнюють при t = 75º C 14, 2 кВт, по висоті паза розміщено т = 18 провідників, розміри кожного провідника b_ш п_ш = 1, 95 6, 9 мм (без ізоляції)ширина паза b_п = 12, 7 мм, питомій опір міді при t = 75º C ρ = 2, 17·10^-8 Ом·м, довжина секції, що лежить в пазу – l_п l = 24 см, довжина лобової частини секції (з однієї сторони) l _л = 57 см.

Завдання № 16

1. Яка щільність струму в обмотках масляних силових трансформаторів загального призначення з алюмінієвими і мідними провідниками?

2. Як перевірити можливість розміщення всипною обмотки в пазу?

3. Призначення і вираз для критерію Нуссельта.

4. Задача. Оцінити у скільки разів зростуть втрати і тепловий потік в електричній машині, потужність якої у 16 разів вище заданої, якщо користуватися закономірностями геометрично подібного ряду електричних машин?

5. Задача. Оцінити МДС зубців статора турбогенератора потужністю 31250 кВА, який має ЕРС Е_а = 7350 В, коефіцієнт форми поля К_в = 1, 11 кількість послідовних витків у фазі W₁ = 16, обмотувальний коефіцієнт К_обI = 0, 92, полюсне ділення τ = 1, 54 м, розрахункову довжину статора l_δ =2, 46 м, довжина пакетів статора ∑ Ɩ _пак = 2, 3 м, коефіцієнт полюсного перекриття α _δ = 0, 65, коефіцієнт заповнення сталлю пакетів статора К_с=0, 93, висота паза статора h_n1=2, 46 м, зубцеве ділення t₁=0, 0642 м, ширина зубця статора на поверхні розточки b_z2=0, 0426 м, у дна паза b_z3=0, 05224 м, на висоті зубця від поверхні розточки b_z1/3 = 0, 0384 м, марка сталі статора 2411. Порівняти МДС зубців статора, визначену за формулою Сімпсона і по величині індукції на висоти паза від поверхні розточки. Сталь магнітопроводу 1512.

Завдання № 17

1. В яких межах лежить індукція у стержні силових, масляних трансформаторах загального призначення?

2. Що розуміють під умовним об’єктом активної частини електричної машини? Написати загальний вираз.

3. Призначення та вираз для критерія Рейнольдса.

4. Задача. Оцінити величину активного опору фази обмотки статора асинхронно двигуна, якщо відомі: номінальна потужність P2_н=22 кВт, номінальна напруга U_н=220/380 В, число полюсів 2p=4, cosφ =0, 88,

ККД=0, 9, число послідовних витків у фазі W₁=92, число паралельних гілок у фазі а=2, довжина пазової частини обмотки Ɩ =0, 145м, одностороння довжина лобової частини обмотки Ɩ _л1=0, 22 м, переріз елементарного провідника q _ел = 1, 84∙ 10^-6 м², кількість елементарних провідників n=2, клас нагрівостійкості “F”, питомий опір міді при нагрівостійкості F, питомий опір міді при 115°С – ρ _cu =I/(41∙ 10⁶) Ом∙ м. Визначити опір у відносних одиницях.

5. Задача. Оцінити розміри відцентрового вентилятора з радіальними лопатками для двигуна з номінальною потужністю P_н = 30 кВт швидкістю обертання n₁=3000 об/хв., якщо найбільший (можливий) діаметр колеса вентилятора може бути прийнятий D₂ =0, 26 м. Із вентиляційного розрахунку відомо: Z_е=1000 Па(с².м⁶ – аеродинамічний опір всієї машини, V=0, 23 м²/с – необхідний для охолодження витрат повітря. H=53Па – необхідний напір вентилятора. Визначити втрати потужності на вентиляцію.

Завдання № 18

1. В яких межах лежить напруга короткого замикання (у відносних одиницях) силових масляних трансформаторів загального призначення?

2. Всипна обмотка, кратка характеристика, укладка в паз, переваги та недоліки.

3. Рівняння нагрівання однорідного тіла та його рішення.

4. Задача. Оцінити величину активного опору фази обмотки статора асинхронно двигуна, якщо відомі: номінальна потужність P2_н=22 кВт, номінальна напруга U_н=220/380 В, число полюсів 2p=4, cosφ =0, 88,

ККД=0, 9, число послідовних гілок у фазі W₁=92, число паралельних гілок у фазі а=2, довжина пазової частини обмотки Ɩ =0, 145 м, одностороння довжина лобової частини обмотки Ɩ _л1=0, 22 м, переріз елементарного провідника q _ел = 1, 84∙ 10^-6 м², кількість елементарних провідників n=2, клас нагрівостійкості “F”, питомий опір міді при нагрівостійкості “F”, питомий опір міді при 115°С – ρ _cu =I/(41∙ 10⁶) Ом∙ м. Визначити опір у відносних одиницях.

5. Задача. Оцінити товщину H_I натискної шайби, якщо для синхронного двигуна потужністю 500 кВт, U_1ном = 6 кВ, n₁=500 об/хв., відомі наступні величини: q ₁= 10⁶ Па – зусилля запресів пакета статора; D_a=1, 18 м – зовнішній діаметр статора; D=0, 9 м – діаметр розточки статора; D₂=1, 05 м – внутрішній діаметр натискної шайби; Z₁=90 – кількість пазів статора; h_n =7, 4 ∙ 10^-2 м і b_n = 1, 25∙ 10^-2 м – висота і ширина паза статора.

Завдання № 19

1. Оцінити в яких межах знаходиться струм неробочого ходу (у відносних одиницях) силових масляних трансформаторах загального призначення?

2. Описати конструкції жорстких обмоток, місце використання, переваги та недоліки.

3. Призначення та вираз для критерія Прантдля.

4. Задача. Електрична машина має форму гладкого паралелепіпеда з висотою h = 0, 2 м, ширина b = 0, 2 м і довжиною Ɩ =0, 3 м. Оцінити величину втрат які відводяться із машини та навколишнього середовища ∆ Θ =10°C? При розрахунку вважати, що машина знаходиться у спокійному повітрі, і тепловіддача здійснюється зі всієї поверхні однаково.

5. Задача. Визначити величину МРС зубця ротора трифазного двигуна з фазним ротором, що має потужність 140 кВт, номінальну напругу U_H = 380/660 В, якщо ротор має 81 зубець та відома форма паза на рисунку 1 і його розміри: b_п = 0, 7·10^-2 м, h_z2 = 0, 038 м. Діаметр ротора D₂ = 0, 438 м, розрахункова довжина l_δ = 0, 2 м. Сталь магнітопроводу 2312, коефіцієнт заповнення сталлю K_c = 0, 95. Індукція у повітряному проміжку В_δ = 0, 72 Тл. При визначенні МРС використати формулу Сімпсона.

Рисунок 1

Завдання № 20

1. По величині якого струму розраховують механічну міцність обмоток трансформатора?

2. Стержневі обмотки якорів потужних електричних машин, особливості конструкції, розташування у пазу, переваги та недоліки.

3. Підхід до аналізу несталих теплових процесів.

4. Задача. Оцінити напір, який повинен розвивати вентилятор асинхронного двигуна потужністю 14 кВт, якщо відомо: сума втрат ∑ _p = 1235 Вт, клас нагрівостійкості F, питома теплоємність повітря С_п= 1100 та повний аеродинамічний опір системи ∑ _{α аєрод.} =930 .

5. Задача. Оцінити додаткові втрати, обумовлені ефектом витіснення, в обмотці статора синхронного двигуна загального призначення потужність 530 кВт, U_нф=3464 В, n_н = 600 об/хв., f₁ = 50 Гц, якщо відомо: основні втрати у міді обмотки статора (омічні) дорівнюють при t = 75°C, 14, 2 кВт, по висоті паза розташовано m=18 провідників, розміри кожного провідника - h_cu × b_cu=1, 95 × 6, 9 мм(без ізоляції), ширина паза b_n = 12, 7 мм, питомі втрати міді при t = 75°C – ρ =2, 17∙ 10^-8 Ом ∙ м, довжина секції, яка лежить у пазу Ɩ _n = Ɩ = 24 см, довжина лобової частини секції(з одної сторони) Ɩ _л=57 см.

Завдання №21

1. З якою метою активну частину трансформатора загального призначення занурюють у масло?

2. Стержневі обмотки фазних роторів асинхронних машин, конструкції, особливості виконання, переваги, недоліки.

3. Дослідити аналогію між параметрами електричного ланцюга і параметри теплової схеми заміщення.

4. Задача. Електричний двигун має потужність 800 кВт і масу 7, 81 т. Оцінити, використовуючи відношення геометрично подібного ряду електричних машин, у скільки разів збільшиться лінійна довжина та яка величина маси двигуна потужністю 2000 кВт. Інші номінальні величини вважати постійними.

5. Задача. Оцінити розміри відцентрового вентилятора з радіальними лопатками для двигуна з номінальною потужністю P_н = 30 кВт швидкістю обертання n₁=3000 об/хв., якщо найбільший (можливий) діаметр колеса вентилятора може бути прийнятий D₂ =0, 26 м. Із вентиляційного розрахунку відомо: Z_е=1000 Па(с².м⁶ – аеродинамічний опір всієї машини, V=0, 23 м²/с – необхідний для охолодження витрат повітря. H=53Па – необхідний напір вентилятора. Визначити втрати потужності на вентиляцію.

Завдання № 22

1. Записати загальне вираження електромагнітної(розрахункової) потужності трансформатора через основні геометричні розміри, електромагнітні навантаження та частоту живлячої мережі.

2. Які вимоги висуваються до ізоляційних матеріалів електричних машин?

3. Перерахувати види тепловіддачі. Вираз для кількості тепла, яке віддає тілом через випромінювання.

4. Задача. Оцінити МРС повітряного проміжку явно полюсного двигуна потужність 2000 кВт і з номінальною напругою 6000 В. Додатково відомо: число пар полюсів p=8, індукція у повітряному проміжку В_δ = 0, 88 Тл, коефіцієнти Картера(повітряного проміжку) для статора К_{δ 1} = 1, 20 та для ротора К_{δ 2} = 1, 22, середнє значення повітряного проміжку δ = 0, 0041 м. Примітка: розрахунок вести на пару полюсів.

5. Задача. Оцінити товщину H_I натискної шайби, якщо для синхронного двигуна потужністю 500 кВт, U_1ном = 6 кВ, n₁=500 об/хв., відомі наступні величини: q₁= 10⁶ Па – зусилля тиснення пакета статора; D_a=1, 18 м – зовнішній діаметр статора; D=0, 9 м – діаметр розточки статора; D₂=1, 05 м – внутрішній діаметр натискної шайби; Z₁=90 – кількість пазів статора; h_n =7, 4 ∙ 10^-2 м і b_n = 1, 25∙ 10^-2 м – висота і ширина паза статора.

Завдання № 23

1. Що розуміють під електромагнітними навантаженнями в електричних машинах?

2. Проаналізувати від яких величин та параметрів залежить індуктивний опір взаємоіндукції в абсолютних і відносних одиницях?

3. Проаналізувати загальних підхід до визначення температури нагріву окремих вузлів електричної машини.

4. Задача. Оцінити розрахункову потужність асинхронного двигуна серії 4А потужністю 90 кВт, якщо відомі: номінальна напруга U_н=380/600 В, номінальний струм фази I_нф = 174, 4A, cosφ =0, 85, ККД=0, 92, синхронна швидкість n₁= 750 об/хв., відношення Е₁/U_нф=0, 97, ступінь захисту IP 23.

5. Задача. Оцінити внутрішній діаметр кожного з 4-х болтів, якими кріпиться головний полюс прокатного реверсивного двигуна постійного струму потужністю P₂= 4560 кВт. Додатково відомо: n_н = 70 об/хв. – номінальна частота обертання: К = М_max / М_n – коефіцієнт перенавантаження; 2p=24-кількість полюсів; D=3, 6м – діаметр якоря(зовнішній); m_по = 660 кг – маса одного полюса з обмоткою, матеріал болтів сталь Ст.3.

Завдання № 24

1. Проаналізувати, які величини лінійного навантаження у електричних машинах.

2. Намалювати картину пазового розсіювання магнітного потоку для напівзакритого прямокутного паза. Проаналізувати, які величини і як впливають на величину провідності пазового розсіювання?

3. Проаналізувати теплопередачі конвекцією, написати вираз, який визначає кількість відвідного тепла конвекцією.

4. Задача. Оцінити діаметр розточки статора та розрахункову довжину асинхронного двигуна, якщо відомо: розрахункова потужність S_i = 500 кВ∙ А; число полюсів 2p=4; постійна Арнольда С_А=4∙ 10^-6 м³/Дж, співвідношення τ /Ɩ _δ = 0, 8.

5. Задача. Оцінити діаметр бандажного кільця на лобових частинах обмотки статора синхронного двигуна і діаметр шпильок, стягуючий пакет статора, якщо відомо D_a=1, 18 м – зовнішній діаметр статора; D=0, 9 м – діаметр розточки; 2p=12- кількість полюсів; Z₁ = 90 – кількість зубців статора, h_п =7, 4∙ 10^-2 м і в_п = 1, 25∙ 10^-2 м - розміри паза статора, q_c = 10⁶ Па – зусилля запресовки статора; m_ш = 12 – число шпильок, стягуючих пакет статора.

Завдання № 25

1. Проаналізувати в яких межах лежить індукція у повітряному проміжку електричних машин?

2. Проаналізувати від яких параметрів залежить провідність лобового розсіювання?

3. Дати оцінку особливості теплопередачі теплопровідністю, написати вираз для кількості тепла, яке відводиться теплопровідністю.

4. Задача. Оцінити напір, котрий повинен забезпечувати вентилятор асинхронного двигуна потужністю 14 кВт, якщо відомо: сума втрат ∑ _p = 1235 Вт, клас нагрівостійкості “F”, питома теплоємність повітря С_п= 1100 та повний аеродинамічний опір системи ∑ _{α аєрод.} =930 .

5. Задача. Оцінити індуктивний опір розсіювання обмотки статора у відносних одиницях синхронного генератора типу СГД, який має номінальну потужність Р_н = 3500 кВт, номінальну наругу U_H = 6300 В, номінальну швидкість обертання n_H = 1000 об/хв ., ККД η = 96%, = 0, 8, номінальну частоту f = 50 Hz. Додатково відомо: число ефективних витків у фазі обмотки статора w₁ = 72, число пазів статора Z₁ = 72; розрахункова довжина l_δ = 0, 83 м; число пазів на полюс і фазу q = 4; розрахункове укорочення β = 0, 833; коефіцієнти K_β = 0, 906 і K_{β 1} = 0, 87; величина λ ^’_k = 0, 28; коефіцієнт полюсного покриття α = 0, 7; зубцева поділка t₁ = 4, 36 см, довжина статора (з урахуванням вентиляційних каналів) l^’_δ = 84, 4·10^-2 м, довжина лобових частин l_л = 57·10^-2 м, полюсна поділка τ = 52, 3·10^-2 м, розрахунковий повітряний проміжок δ ₁ = 0, 8·10^-2, коефіцієнт повітряного проміжку К_δ = 1, 2. Розміри паза по ескізу паза і його розміри наведені на рисунку 1.

b_п = 17, 2 мм h₁ = 6, 85 мм

h_п = 54, 3 мм h₀ = 6, 7 мм

Рисунок 1

Завдання №26

1. Записати загальне вираження електромагнітної(розрахункової) потужності трансформатора через основні геометричні розміри, електромагнітні навантаження та частоту живлячої мережі.

2. Проаналізувати від чого залежить провідність диференцюючого розсіювання?

3. Визначити основні режими роботи електричної машини, вплив їх на нагрів.

4. Задача. Трьохфазний асинхронний двигун з фазним ротором потужністю 132кВт, 2р=6, U_н=380/600 В має діаметр розточки статора D=0, 425 м, зубцевий шаг t₁ = 18, 54 мм, лінійне навантаження 5, 141∙ 10⁴ А/м, номінальний струм I_нф = 143 А, кількість паралельних віток а=3.Оцінити необхідну кількість провідників у пазу та кількість послідовних віток у фазі.

5. Задача. Дати оцінку, вибрати та перевірити на механічну міцність клин для обмотки якоря генератора постійного струму, якщо відомо: - а × б = (4, 1× 12, 5)∙ 10^-6 м² - переріз голого провідника, який лежить у пазу; всього у пазу N_п - 4 таких провідника; в_п =11∙ 10^-3 м - ширина паза; h_n= 38∙ 10^-3 м – висота паза; D₂ = 0, 59 м – зовнішній діаметр якоря; n_н =1000 об/хв. – номінальна швидкість обертання; n_max=1250 об/хв. – максимальна частота обертання якоря. Матеріал клина – бук.

Завдання №27

1.1 Що розуміють у проектуванні під умовним об’ємом активної частини електричної машини?

1.2 Які величини кількості фаз, витків у фазі, обмотковий коефіцієнт короткозамкненої обмотки типу «біляча клітка»?

1.3 Вираз для теплових опорів, що входять теплову схему заміщення.

1.4 Задача. Асинхронний двигун з к.з. ротором має: номінальну потужність 15 кВт, номінальна напруга U_H = 220/380В, число полюсів 2р = 4, ККД дорівнює 0, 9, ступінь захисту IP44, висота осі обертання 160 мм, клас нагрівостійкості F.

Оцінити мінімальний напір, який повинен створити вентилятор зовнішнього обдуву двигуна, якщо сумарний аеродинамічний опір Z_c = 660 Па·с²/(м⁶).

1.5 Задача. Оцінити поверхневі втрати і пульсаційні втрати в роторі асинхронного двигуна з фазним ротором, що має потужність 14, 5 кВ·А, напругу U_H = 220/380 В, індукція в повітряному проміжку В_δ = 0, 75 Тл, середнє значення індукції в зубці ротора дорівнює В_Z2cep = 0, 75 Тл, повітряний проміжок δ = 0, 5·10^-3 м, розрахункова довжина l_δ = 0, 12 м, зубцевий шаг статора t₁ = 12, 1·10^-3 м, и ротора t₂ =15, 2·10^-3 м, h_Z2 = 32·10^-3 м, ширина зубця (середня) b_Z2cep = 6, 5·10^-3 м, b_ш1 = 3, 7·10^-3 м, и ротора b_ш2 = 1, 5·10^-3 м, число зубців статора Z₁ = 48, і ротора Z₂ = 38, коефіцієнт заповнення сталлю K_c = 0, 96, коефіцієнт K_δ = 1, 21, коефіцієнтобробки ротора K_обр2 = 1, 7.

Завдання №28

1.1 Проаналізувати зв’язок існує між розрахунковою потужністю і лінійним розміром в геометричному подібному ряді електричних машин.

1.2 Дати оцінку, з яких складових складається індуктивний опір розсіювання електричних машин?

1.3 Для асинхронного двигуна серії 4А з висотою обертання 250 мм, IP44 подати та обґрунтувати теплову схему заміщення для статора.

1.4 Задача. Оцінити в скільки разів зростуть втрати і тепловий потік в електричній машині, потужність якої в 16 разів вище заданої, якщо користуватись закономірностями геометрично подібного ряду електричних машин?

1.5 Задача. Оцінити активний опір фази обмотки статора гідрогенератора потужністю S_H = 90 мВ·А, U_H = 13, 8 В, = 0, 8, f₁ = 50 Hz, n_H = 83, 3 об/хв., m = 3, якщо відомо: омічний опір фази при t = 75º C дорівнює 0, 0061 Ом, ширина паза b_п = 27, 5 м м, мідь провідників займає по ширині b_ш = 14, 8 мм, розміри елементарного провідника b_ш п_ш = 7, 4 2, 63 мм (без ізоляції), питомій опір міді при t = 75º C ρ = 2, 17·10^-8 Ом·м, довжина секції в пазовій частині – l_δ l₁ = 175, 5 см, лобової частини l _л = 90 см, число провідників по висоті паза т = 21.

Завдання №29

1. Проаналізувати і вказати основну причину, яка на практиці приводить до відхилення від геометричної подібності електричних машин.

2. Проаналізувати особливості короткозамкнених обмоток роторів асинхронних двигунів з підвищеним пусковим моментом. Привести рисунок форми пазів.

3. Подати та проаналізувати теплову схему заміщення для статора асинхронного двигуна серії 4А з ІР23.

4. Задача. Дати оцінку МРС повітряного проміжку явнополюсного двигуна з потужністю 2000кВт і з номінальною напругою 6000В. Додатково відомо: число пар полюсів р=8, індукція в повітряному проміжку В_б=0.88Тл, коефіцієнти Картера (повітряного проміжку) для статора К_{δ 1} = 1, 20 та для ротора К_{δ 2} = 1, 22, середнє значення повітряного проміжку δ = 0, 0041 м. Примітка: розрахунок вести на пару полюсів.

5. Задача. Оцінити необхідну кількість витків дротяного бандажу необхідну на лобові частини генератора постійного струму з однієї сторони, якщо відомо: (а× в)=(4, 1× 12, 5)× 10^-6м²-переріз одного голого мідного провідника, в пазу таких провідників N_п=4; Д=0, 59м-діаметр якоря; Z=56 кількість зубців (пазів) якоря; 2р=6-кількість полюсів генератора; h_п=3, 8× 10^-2м-висота паза якоря n_max=1250 об/хв - максимальна частота обертання якоря. Яка кількість витків бандажу необхідно в випадку виконання його із склострічки?

Завдання №30

1.1 З якою метою до стінок бака трансформатора кріпляться радіатори?

1.2 Як визначається в процесі проектування величина магнітного потоку, необхідно для перетворення заданої енергії електричної машини змінного струму?

1.3 Методи контролю температури нагріву. Чим визначається максимальна температура нагріву вузлів електричних машин?

1.4 Задача. Визначити напір, який повинен розвити вентилятор асинхронного двигуна потужністю 14 кВт, якщо відомо: сума втрат = 1235 Вт, клас нагрівостійкості F, питома теплоємність повітря С_в = 1100 Дж/(º С·м³) і повний аеродинамічний опір системи Z_аер = 930 (Па·с²)/м⁶.

1.5 Задача. Оцінити у відносних одиницях опір розсіювання ротора асинхронного трифазного двигуна з к.з. ротором. Двигун має Р₂ = 250 кВт, U_{1ном. фазн.} = 380 В, I_{1ном. фазн} = 268 A, n₁ = 1000 об/хв., f₁ = 50 Hz. Розміри паза дані на рисунку 1 в мм. Додатково відомо: w₁ = 40; К_об =0, 926; Z₂ = 82; δ = 1 мм; К_б = 1, 2; t₂ = 17, 9 мм. Розміри кільця, замикаючого кільця і прилеглого до пакета сталі ротора а_кл b_кл = (15 40) мм. Середній діаметр к.з. кільця D_кл.ср. = 42, 8 см.

Рисунок 1