Izpit 2022.09.01.jpg

Naloga 1

Transformator ima izgube v navitju Pcu=1750 W in izgube v prostem teku P0=350 W. Njegova toplotna časovna konstanta znaša T=2 h. Pri nespremenjeni napajalni napetosti transformator obremenimo z dvakratnim nazivnim tokom.

Po kolikšnem času mora izklopiti termična zaščita, da ne pride do pregrevanja preko dopustne (nazivne) temperature stroja?

Rešitev

Obremenitev transformatorja je:

x=IIn=2

Ker so izgube v navitju odvisne od kvadrata toka, se povečajo za faktor x2=4. Skupne izgube transformatorja pri novi obremenitvi so:

Pizg=P0+x2Pcu=350+41750=7450 W

Temperatura transformatorja v času t narašča po eksponentni funkciji:

Θ(t)=Θmax(1et/T)

Zanima nas čas t0, pri katerem nova temperatura doseže nazivno dopustno temperaturo, torej:

Θ(t0)=Θmax,n

Pri tem pa velja:

ΘmaxΘmax,n=PizgPizg,n

Zato:

Θmax=74502100Θmax,n=3.55Θmax,n

Vstavimo v enačbo za naraščanje temperature:

Θ(t0)=Θmax(1et0/T)=Θmax,n

Tako je:

t0=0.66h=39min 42s

Naloga 2

Sinhronski turbogenerator ima naslednje nazivno podane podatke: Sn=10 MVA, U2n=3000 V, fn=50 Hz, cosφ2n=0.7, Xsr=2 (sinhronska reaktanca), Ivn=100 A. Generator deluje na togo omrežje z napetostjo U2=U2n, vzbujanje in dotok mehanske moči sta nastavljena tako, da je generator obremenjen z nazivnim tokom I2=I2n=100 A, vendar z faktorjem moči cosφ2=1.

Kazalčni diagram

a) Električna moč oddana v omrežje

Pri cosφ=1 velja:

P=3U2I2cosφ=330001001=519615 W519.6 kW

Torej je oddana moč generatorja v omrežje Pel=519.6 kW.

b) Kolesni kot

Za sinhronski generator, ki napaja togo omrežje in ima cosφ=1, uporabimo razmerje iz kazalčnega diagrama:

Kazalec U2 je vodilni (leži na realni osi), tok I2 je v fazi z napetostjo (ker φ=0), reaktiven padec napetosti jXsI2 pa zavije navzgor (90° zamik), kar povzroči, da je E0 napetost nad U2 z navidezno rotacijo za kot δ.

Formula za kolesni kot:

tanδ=I2XsrcosφU2+I2Xsrsinφ

Pri cosφ=1 in sinφ=0 postane:

tanδ=I2XsrU2=121=21=2

Torej:

δ=arctan(2)=1.107180π=63.4

c) Potreben vzbujalni tok

Najprej izračunamo inducirano napetost generatorja E0 iz kazalčnega diagrama:

E0=(U2+I2Xsrsinφ)2+(I2Xsrcosφ)2

Ker je sinφ=0, cosφ=1:

E0=U22+(I2Xsr)2=1+(12)2 =2.24

Še za nazivno inducirano napetost:

E0,n=(1+120.714)2+(120.7)2=2.80

Iz razmerja:

IvIvn=E0E0n=2.242.8=0.8Iv=0.8Ivn=0.8100A=80A

Naloga 3

Trifazni asinhronski motor s kratkostično kletko ima podane naslednje nazivne podatke: Pn=15 kW , nn=576 min1 , Un=400 V , fn=50 Hz , cosφn=0.78 , In=34 A , Ptr+vent=100 W , IZIn=7 , MZMn=1.8 , Vezava: Δ

a) Določite: izkoristek, slip, nazivni navor, ter vsoto izgub v statorju (Cu + Fe)

1. Sinhronska hitrost ns

Za motor z nn=576 min1 in frekvenco f=50 Hz domnevamo, da je ns=600 min1, kar ustreza p=5 polparom:

ns=60fpp=60505=600 min1

2. Slip (zdrs)

s=nsnnns=600576600=24600=0.04=4%

3. Mehanska moč in nazivni navor Mn

Mehanska moč na gredi:

Pmeh=Pn=15000 W

Nazivni navor:

Mn=Pmehω=Pmeh2πnn60=150002π57660=1500060.32248.8 Nm

4. Vhodna moč Pel

Pel=3UIcosφ=3400340.7818393 W

5. Izkoristek η

Izkoristek je razmerje med močjo na gredi in električno dovodeno močjo:

η=PnPel=15000183930.816=81.6%

6. Skupne izgube v statorju

Pel,n=Pvp+PCu+PFePvp=Pmeh1ss=nsnnnsPmeh=Pn+Ptr,vPel,n=Pn+Ptr,v1(nsnnns)+PCu+PFePCu+PFe=1839315000+1001(600576600)=2663.8W

b) Kolikšna sta zagonski tok in navor, če motor zaganjamo v vezavi Y pri 25 % nazivni napetosti?

MzagΔ=1.8Mn=1.8248.8Nm=447.84NmUYUΔ=13U25%YUΔ=0.253Mzag,25%YMzagΔ=(U25%YUΔ)2Mzag,25%Y=447.840.0208=9.3Nm

Naloga 4

Enosmerni motor s tujim vzbujanjem ima naslednje nazivne podatke:
Pn=25 kW , nn=3000 min1 , Rr=0.05 Ω , ηn=0.95 , Un=230 V , Padec napetosti na ščetkah: ΔUšč=2 V. Motor naj deluje kot generator, pri čemer je obremenjen s tokom: I1=14I1,n. Želimo določiti vrtilno hitrost n, pri kateri mora delovati, da je napetost na sponkah enaka nazivni (U=Un).

Rešitev

1. Določimo nazivni tok

Pri nazivni moči Pn in izkoristku ηn, je električna vhodna moč motorja:

Pel=Pnηn=250000.9526316 W

Nazivni tok motorja:

I1,n=PelUn=26316230114.42 A

2. Tok generatorja

Generator je obremenjen s četrtino nazivnega toka:

I1=14114.4228.6 A

3. Napetostna enačba generatorja

Za enosmerni generator velja (vključno s ščetkami):

E=U+I1Rr+ΔUšč

Vstavimo znane vrednosti:

E=230 V+28.60.05+2=233.43 V

4. Uporabimo linearno sorazmernost En

Ker je En pri nespremenjenem vzbujanju, velja:

EEn=nnn

V nazivnem režimu motorja:

En=UnI1,nRrΔUšč=230114.420.052=222.28 V

Zato:

233.43222.28=n3000n=3000233.43222.283149 min1

Stroj mora obratovati pri hitrosti približno: n3149 min1