Opracowanie pytań Egzamin Maszyny Elektryczne 2011.

1.Transformator:

1.1.Przekładnia zwojowa i napięciowa transformatora ?

Przekładnią zwojową transformatora nazywamy stosunek liczby zwojów jednej fazy uzwojenia pierwotnego do liczby zwojów jednej fazy uzwojenia wtórnego.

- przekładnia zwojowa transformatora

- liczba zwojów uzwojenia pierwotnego

- liczba zwojów uzwojenia wtórnego

Przekładnią napięciową transformatora nazywamy stosunek napięcia indukowanego w fazie uzwojenia pierwotnego do napięcia indukowanego w fazie uzwojenia wtórnego.

- przekładnia napięciowa transformatora

- napięcie indukowane w fazie uzwojenia pierwotnego

- napięcie indukowane w fazie uzwojenia wtórnego

1.2.Podać warunki pracy równoległej transformatorów. Co oznacza symbol Yd5 ?

Warunki pracy równoległej transformatorów:

- przekładnie transformatorów są równe,

- napięcia znamionowe są równe

- grupy połączeń są jednakowe,

- zaciski wszystkich transformatorów przyłączone do tych samych szyn są jednoimienne,

- napięcia zwarcia transformatorów są równe,

- współczynniki mocy w stanie zwarcia poszczególnych transformatorów są równe.

Jeżeli jest niespełniony główny warunek (przekładnie transformatorów są równe) wtedy powstają niepożądane zjawiska w postaci prądów wyrównawczych oraz nierównomiernego obciążania się transformatorów . Więcej będzie obciążony transformator o mniejszym napięciu zwarcia ( transformator o większej przekładni )

Transformatory trójfazowe mogą mieć połączone uzwojenia pierwotne:

Y - gwiazdę

D - trójkąt

Uzwojenia wtórne :

y - gwiazdę

d - trójkąt

z - zygzak

oraz liczba która jest przy oznaczeniu to mnożnik razy 30[°]

Przykład:

Yd5 - strona pierwotna połączona w gwiazdę , strona wtórna w trójkąt i przesunięcie fazowy wynosi

1.3. Co to jest sprawność transformatora? W jakich warunkach sprawność jest maksymalna?

Sprawnością nazywamy stosunek mocy czynnej
, oddawanej przez transformator do odbiornika do mocy czynnej
pobieranej przez transformator ze źródła zasilania.

Sprawność ma wartość maksymalną w stanie zwarcia ponieważ nie występują straty w rdzeniu czyli:

- sprawność transformatora

- moc uzwojenia wtórnego

- moc uzwojenia pierwotnego

- straty mocy

- straty mocy w rdzeniu

- straty mocy w uzwojeniu pierwotnym (w miedzi- wydzielone ciepło)

- straty mocy w uzwojeniu wtórnym (w miedzi- wydzielone ciepło)

- sprawność transformatora maksymalna

1.4.Podać definicję zmienności napięcia:

Zmienność napięcia inaczej Spadek napięcia jest to różnica napięcia strony pierwotnej i napięcia strony wtórnej przeniesionej na stronę pierwotną.

O czym świadczy :

Gdy
- odbiornik ma charakter indukcyjny

Gdy
- odbiornik ma charakter pojemnościowy

- zmienność napięcia transformatora

- napięcie uzwojenia pierwotnego transformatora

- napięcie uzwojenia wtórnego transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

1.5.Rezystancja uzwojenia strony wtórnej transformatora wynosi
, reaktancja
.Obliczyć wartość rezystancji zwarcia , reaktancji zwarcia.

Rezystancja zwarcia:

Reaktancja zwarcia:

Sposób przeliczania strony wtórnej na stronę pierwotną :

- rezystancja zwarcia transformatora

- rezystancja strony pierwotnej transformatora

- rezystancja strony wtórnej transformatora

- rezystancja strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- reaktancja zwarcia transformatora

- reaktancja strony pierwotnej transformatora

- reaktancja strony wtórnej transformatora

- reaktancja strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- przekładnia transformatora

1.6.Narysować schemat zastępczy oraz wykres wskazowy stanu jałowego transformatora.

Schemat zastępczy stanu jałowego

Wykres wskazowy stanu jałowego

Wartości gałęzi podłużnej w stosunku do gałęzi poprzecznej mają nieporównywalnie małe wartości dlatego wykres wektorowy po lewej stronie jest poglądowy ( nie odzwierciedla wartości tylko że są takie elementy i wprowadzają napięcie ). W rzeczywistości był by to punkt czyli wykres prawy.

Na egzaminie lepiej wykazać się wiedzą i narysować oba z odpowiednim komentarzem.

1.7.Podać definicję napięcia zwarcia transformatora . Narysować wykres wskazowy dla stanu zwarcia.

Wcześniej należało by napisać co to jest zwarcie czyli:

Stan zwarcia występuje wówczas gdy strona pierwotna transformatora jest zasilana a strona wtórna jest zwarta. Może być awaryjne ( gdy transformator zasilany jest napięciem znamionowym )lub pomiarowe ( kiedy transformator zasilany jest takim napięciem aby prądy nie przekroczyły wartości znamionowych )

Napięcie zwarcia:

Napięcie zwarcia jest to takie napięcie przyłożone do strony pierwotnej (przy zwartym uzwojeniu wtórnym) kiedy popłynie w obwodzie pierwotnym prąd znamionowy.

1.8.Podać zależności i sposób przeliczania parametrów transformatora
na stronę pierwotną dla następujących wielkości

Sposób przeliczania:

- rezystancja zwarcia transformatora

- rezystancja strony pierwotnej transformatora

- rezystancja strony wtórnej transformatora

- rezystancja strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- reaktancja zwarcia transformatora

- reaktancja strony pierwotnej transformatora

- reaktancja strony wtórnej transformatora

- reaktancja strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- przekładnia transformatora

- impedancja strony wtórnej transformatora

- impedancja strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- napięcie strony wtórnej transformatora

- napięcie strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- prąd strony wtórnej transformatora

- prąd strony wtórnej transformatora przeniesiona na stronę pierwotną

- cosinus fi strony wtórnej

- cosinus fi strony wtórnej przeniesiony na stronę pierwotną

1.9.Podać definicję i przykład grupy połączeń transformatora ?

Transformatory trójfazowe mogą mieć połączone uzwojenia pierwotne:

Y - gwiazdę

D - trójkąt

Uzwojenia wtórne :

y - gwiazdę

d - trójkąt

z - zygzak

oraz liczba która jest przy oznaczeniu to mnożnik razy 30[°]

Przykład:

Yy3 - strona pierwotna połączona w gwiazdę , strona wtórna w gwiazdę i przesunięcie fazowy wynosi

1.10.Narysować wykres wskazowy transformatora przy obciążeniu o charakterze pojemnościowym.

1.11.Charakterystyka zewnętrzna transformatora.

Jest to zależność napięcia na wyjściu do prądu wyjściowego dla stałej wartości cosφ znamionowym zasilaniu oraz częstotliwości równej 50[Hz]

2.Silnik Indukcyjny Trójfazowy:

2.1. Moment maksymalny silnika indukcyjnego wynosi
przy napięciu

i częstotliwości
jaki będzie maksymalny moment silnika jeśli napięcie zasilania będzie wynosić
a częstotliwość

Dane:

Przed zmianą

Po zmianie

Zadanie należy potraktować w dwóch krokach:

1.Zmiana napięcia:

Oznaczenia:

- napięcie zasilania po zmianie zasilania

- napięcie znamionowe silnika

- moment krytyczny po zmianie napięcia (przy
)

- moment krytyczny wyjściowy (przy
)

2.Zmiana częstotliwości:

Oznaczenia:

- moment krytyczny ( po zmianie napięcia
)

- moment krytyczny (po zmianie częstotliwości
)

- częstotliwość znamionowa

- częstotliwość po zmianie

Odp. Moment krytyczny nie ulegnie zmianie!!!

2.2.Narysować schemat zastępczy i wykres wskazowy silnika indukcyjnego przy znamionowym obciążeniu.

2.3.Moment rozruchowy silnika indukcyjnego wynosi
przy zasilaniu napięciem znamionowym
.Podać wartość momentu rozruchowego jeżeli napięcie zasilania wynosi
.

Dane:

Przed zmianą

Po zmianie

Zmiana napięcia:

Oznaczenia:

- napięcie zasilania po zmianie zasilania

- napięcie znamionowe silnika

- moment krytyczny po zmianie napięcia (przy
)

- moment krytyczny wyjściowy (przy
)

Odp. Moment rozruchowy będzie wynosił
.

2.5.Silnik indukcyjny ma dane znamionowe :

Obliczyć moc na wale silnika przy znamionowym zasilaniu i obciążeniu oraz moment.

Jest to pytanie podchwytliwe ponieważ :

Moc na wale silnika

Moment na wale silnika

2.6. Moment maksymalny silnika indukcyjnego wynosi
przy napięciu
i częstotliwości
jaki będzie maksymalny moment silnika jeśli napięcie zasilania będzie wynosić
a częstotliwość

Dane:

Przed zmianą

Po zmianie

Zadanie należy potraktować w dwóch krokach:

1.Zmiana napięcia:

Oznaczenia:

- napięcie zasilania po zmianie zasilania

- napięcie znamionowe silnika

- moment krytyczny po zmianie napięcia (przy
)

- moment krytyczny wyjściowy (przy
)

2.Zmiana częstotliwości:

Oznaczenia:

- moment krytyczny ( po zmianie napięcia
)

- moment krytyczny (po zmianie częstotliwości
)

- częstotliwość znamionowa

- częstotliwość po zmianie

Odp. Moment krytyczny nie ulegnie zmianie!!!

2.7. Narysować schemat zastępczy silnika indukcyjnego oraz wykres wektorowy dla poślizgu s=1.

S=1 czyli redukuje się człon z lewej strony obciążenia .Drugi schemat pokazuje po redukcji.

Typowy wykres wskazowy stanu jałowego.

2.8.Narysować rodzinę charakterystyk mechanicznych silnika przy
oraz przy różnych wartościach rezystancji włączonej w obwód wirnika.

Jest to też pytanie podchwytliwe ponieważ są to takie same charakterystyki zarówno zmian
oraz dołączenie rezystancji dodatkowej w obwód wirnika powodują te same wpływy na charakterystykę mechaniczną silnika.

Wraz z dołączeniem rezystancji dodatkowej rośnie moment rozruchowy i poślizg krytyczny się zwiększa

Zmiana
.

Wraz z wzrostem napięcia oraz częstotliwości pamiętając że zmieniają się obie wartości równocześnie.

Wraz z obniżeniem napięcia oraz częstotliwości pamiętając że zmieniają się obie wartości równocześnie.

Dołączenie rezystancji dodatkowej w obwód wirnika.

Wraz z wzrostem Rezystancji wirnika rośnie moment rozruchowy.

Wraz z zmniejszeniem Rezystancji wirnika maleje moment rozruchowy.

2.9.Podać sposób zmiany kierunku obrotów silnika indukcyjnego trójfazowego.

Sposobem zmiany kierunku wirowania silnika jest zmiana kolejności faz zasilania silnika.

2.10.Rozdiał i wyznaczenie strat silnika indukcyjnego trójfazowego?

Moc podczas stanu jałowego jest sumą następujących strat mocowych:

- moc zmierzona podczas stanu jałowego ( wartość odczytana z watomierza )

- straty w rdzeniu

- straty w uzwojeniach

- starty mechaniczne które szukamy ( opory łożysk , powietrza itp. )

Straty w uzwojeniach obliczamy z wzoru

- straty w uzwojeniach

- prąd zmierzony podczas stanu jałowego na jednej fazie silnika

- rezystancja uzwojenia.

Tak więc możemy znać wartość
i narysować jej zależność od
( z danych odczytanych z miernika )

2.11.Trójfazowy silnik indukcyjny o danych

Obciążono momentem
. Obliczyć prędkość z jaką wiruje silnik w tym stanie

Obliczenie prędkości synchronicznej
.

- obroty prędkości synchronicznej

- częstotliwość pracy

- liczba par biegunów

- wartość z przekształcenia jednostek czasu

Obliczenia:

Obliczenie poślizgu znamionowego
.

Wzór i objaśnienia:

- poślizg znamionowy

- obroty prędkości synchronicznej

- obroty znamionowe

Obliczenia:

Obliczenie momentu znamionowego silnik
.

Wzór i objaśnienia:

- moment znamionowy silnika

- obroty znamionowe

- moc znamionowa

- stała

Obliczenia:

Obliczenie momentu krytyczny silnika
.

Wzór i objaśnienia:

- przeciążalność znamionowa

- moment krytyczny silnika

- moment znamionowy silnika

Obliczenia:

Obliczenie poślizgu krytycznego
.

Wzór i objaśnienia:

- przeciążalność znamionowa

- poślizg krytyczny silnika

- poślizg znamionowy silnika

Obliczenia:

Bierzemy tylko wynik
bo jest to jedyna większa wartość niż
.

Obliczenie poślizgu po zmianie obciążenia

- moment obciążenia

- moment krytyczny

- poślizg krytyczny

- poślizg

Obliczenia:

Analiza wyniku :

Odrzucamy
gdyż
jest po prawej stronie wartości krytycznej i w odcinku w którym silnik powinien pracować.

Obliczenie prędkości wirnika
po zmianie obciążenia
.

Przekształcenie wzoru:

- prędkość wirnika

- obroty prędkości synchronicznej

- poślizg

Obliczenia:

Odp. Silnik będzie pracował z prędkością

2.12.Narysować schemat zastępczy silnika indukcyjnego pierścieniowego z rezystancją dodatkową w obwodzie wirnika.

2.13.Wpływ napięcia na charakterystykę Mechaniczną silnika?

Wraz z wzrostem napięcia Moment silnika rośnie.

Wraz z obniżeniem napięcia Moment silnika maleje

2.14.Wpływ częstotliwości na charakterystykę Mechaniczną silnika?

Wraz z wzrostem częstotliwości Moment krytyczny silnika maleje.

Wraz z obniżeniem częstotliwość Moment krytyczny silnika rośnie

2.15.Co to jest przeciążalność , poślizg, prędkość synchroniczna silnika.

Co to jest prędkość synchroniczna i jak się ją oblicza?

Prędkość synchroniczna jest to stosunek stałej 60 wynikającej z zamiany jednostek [s] na [min] pomnożonej przez częstotliwość przez liczbę par biegunów.

Prędkość taka z jaką poruszał by się wirnik gdyby nie było żadnych oporów ,obciążeń w( w praktyce niemożliwe)

Prędkość wirnika goni prędkość pola magnetycznego.

Co to jest poślizg podaj definicję i jak się go oblicza ?

Poślizg jest to stosunek różnicy prędkości synchronicznej i prędkości obrotowej wirnika do prędkości synchronicznej.

Gdy silnik stoi

Gdyby kręcił się wirnik z prędkością synchroniczną

Co to jest przeciążalność znamionowa i jak się ją oblicza ?

Jest to stosunek Momentu krytycznego do momentu znamionowego

3.Maszyny synchroniczne:

3.1. Narysować krzywe ”V” generatora synchronicznego , warunki.

Warunki:

Zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia przy
nazywamy krzywymi V.

3.2.Wymień warunki współpracy generatora synchronicznego na sieć sztywną ?

Warunki synchronizacji generatora z siecią są następujące:

• kolejność faz napięć prądnicy i sieci musi być taka sama

• wartości skuteczne napięć sieci i prądnicy powinny być takie same

• częstotliwość napięć prądnicy i sieci powinna być jednakowa,

• odpowiadające sobie napięcia prądnicy i sieci (napięcia na tych samych biegunach wyłącznika) powinny być ze sobą w fazie.

Do sprawdzania warunków synchronizacji służy kolumna sterownicza.

3.3.Podać zależność na moc wydawaną przez generator synchroniczny cylindryczny ?

- moc wydawana generatora cylindrycznego

- napięcie fazowe

- napięcie wzbudzenia

- reaktancja synchroniczna

- sinus kąta pracy (kąta mocy )

- liczba faz

3.4.Podać sposoby zmiany wydawanej mocy czynnej i biernej przy pracy na sieć sztywną ?

Zmiana wydawanej mocy zależy od prądu wzbudzenia regulując prąd przy stałej mocy zmieniamy prąd stojana i współczynnik mocy . To samo zjawisko możemy osiągnąć poprzez zmianę mocy do wartości znamionowej a następnie zmieniając prąd wzbudzenia.

3.5.Podać charakterystykę kątową maszyny synchronicznej cylindrycznej jawnobiegunowej ?

Charakterystyka kątowa maszyny synchronicznej jawnobiegunowej w zakresie od

Zależność mocy maszyny od kąta mocy

3.6. Schemat zastępczy i wykres wskazowy generatora synchronicznego cylindrycznego dla obciążenia R-C oraz R-L ?

Wykres dla R-L

Wykres dla R-C

3.7.Narysować wykres wskazowy napięć dla momentu synchronizacji generatora z siecią sztywną.

Fazy generatora oraz sieci pokrywają się z sobą.!!!

3.8.Kiedy generator pracujący na sieć sztywną nie wydaje mocy biernej uzasadnić na wykresie wskazowym ?

Zmniejszenie prądu wzbudzenia do granicy stabilności przy którym kąt
powoduje powstanie krzywej która symbolizuje stałość mocy czynnej najniższy punkt krzywej V

3.9.Rodzaje pracy generatora synchronicznego ?

Generator synchroniczny może pracować samotnie ( praca samotna ) występuje gdy prądnica jest obciążona bezpośrednio odbiornikiem indywidualnym - o wszystkim decyduje charakter odbiornika.

Drugi rodzaj pracy to na sieć sztywną ( dołączenie nie powoduje zmian napięcia oraz częstotliwości sieci do której dołączony jest generator).

3.10.Charakterystyki zewnętrzne.

Charakterystyki zewnętrzne generatora są nieliniowe.

Warunki dla charakterystyk zewnętrznych:

3.11.Co to jest kąt mocy generatora ?

Kąt między napięciem indukowanym oraz napięciem wzbudzenia nazywamy kątem mocy generatora synchronicznego ( inaczej kątem pracy ).

4.Maszyny Prądu Stałego:

4.1. Narysować układ połączeń silnika szeregowo-bocznikowego. Oznaczyć zaciski uzwojeń.

4.2.Silnik bocznikowy prądu stałego - schemat przed załączeniem do sieci , charakterystyki podczas rozruchu ?

Schemat jest rozbudowany aby pokazać rozruch . Sam silnik bocznikowy przed włączeniem to można powiedzieć tylko prawa strona Bocznik wzbudzenie + Uzwojenie Twornika + rezystancja rozruchowa.

Jego charakterystyka naturalna:

Silnik włączony do sieci bez rezystora rozruchowego mógłby zakłócić pracę sieci ( duży pobór mocy- bardzo duży prąd złączeniowy )

Jego charakterystyki rozruchowe:

Rozruch odbywa się od dolnej charakterystyki w kolorze niebieskim zygzakiem do góry i hop na naturalną charakterystykę w punkcie pracy tj. gdzie prąd znamionowy.

4.3.Wymienić sposoby regulacji prędkości silników prądu stałego podać charakterystyki?

Regulacja prędkości wynika z wzoru na prędkość obrotową:

- prędkość obrotowa

- napięcie zasilania

- strumień wzbudzenia

-rezystancja twornika

-rezystancja rozruchowa

Zwiększając parametry licznika prędkość rośnie. Zmniejszając strumień w mianowniku prędkość rośnie.

Charakterystyki

Wpływ zmiany napięcia twornika na charakterystykę elektromechaniczną silnika obcowzbudnego.

Wpływ zmiany rezystancji wzbudzenia na charakterystykę elektromechaniczną silnika obcowzbudnego.

Zwiększenie rezystancji w obwodzie wzbudzenia powoduje zmniejszenie prądu If. Te charakterystyki gdyby były narysowane do osi prądu to zeszły by się w jednym miejscu.

4.4.Narysować charakterystykę zewnętrzną prądnicy obcowzbudnej i samowzbudnej ?

Charakterystyka zewnętrzna prądnicy obcowzbudnej

Charakterystyka zewnętrzna prądnicy samowzbudnej

4.5.Silnik obcowzbudny prądu stałego ma dane

Obliczyć wartość prądu twornika w momencie załączenia silnika do sieci ?

- prąd załączenia do sieci

- napięcie zasilania

- rezystancja twornika

Dlatego w tych silnikach musimy stosować rozruch (czyli rezystancję dodatkową w obwodzie twornika )

4.6.Podać sposób zmiany kierunków obrotów szeregowego silnika prądu stałego ?

Zmianę kierunku wirowania silnika prądu stałego szeregowego dokonujemy poprzez zmianę kierunku przepływu prądu w uzwojeniu wzbudzającym w stosunku do prądu twornika .( Zmiana napięcia zasilania zmienia oba kierunki prądów czyli nie zmienia kierunku wirowania silnika szeregowego ! )

4.7. Narysować charakterystykę n=f(I) dla silnika szeregowego.

4.8. Jakie są skutki przerwania obwodu wzbudzenia w silniku bocznikowym prądu stałego . Uzasadnić.

Skutkiem przerwania obwodu wzbudzenia jest doprowadzenie do rozbiegania się silnika ( tz. Wzrastała by jego prędkość aż do momentu uszkodzenia. Mówi o tym poniższa zależność na prędkość obrotową w której wzbudzenie znajduje się w mianowniku ( wzbudzenie zmieniamy poprzez zmianę rezystancji - zbocznikowanie )

- prędkość obrotowa

- napięcie zasilania

- strumień wzbudzenia

-rezystancja twornika

-rezystancja rozruchowa

4.9. Narysować charakterystykę mechaniczną silnika szeregowego naturalną oraz dla zbocznikowanego obwodu wzbudzenia ?

4.10. Narysować charakterystykę mechaniczną silnika szeregowego naturalną oraz dla zbocznikowanego obwodu twornika ?

Pozdrawiam

WR

1

---