מה"ט מכונות חשמל והנע — טכנאים — קיץ 2021 מועד א' (97163)

א. (8 נק') בדפי הנתונים של מנוע השראה מופיעים, בין היתר, היחסים בין המומנט המרבי $T_{max}$, מומנט ההתנעה $T_{start}$ לבין המומנט הנומינלי $T_{nom}$. לדוגמה: $\frac{T_{max}}{T_{nom}}=2.7$, $\frac{T_{start}}{T_{nom}}=1.8$. שרטטו באופן איכותי את האופיין המכאני הטיפוסי של מנוע השראה $T_M=f(n)$ וסמנו את הערכים $T_{max},T_{start},T_{nom}$. ב. (6 נק') זרם התנעה במנוע השראה, במתח נומינלי, גדול פי 5-6 מהזרם הנומינלי (לא באותו היחס כמו זה שבין מומנט ההתנעה למומנט הנומינלי). איך מסבירים תופעה זו? ג. (6 נק') בין יתר ההפסדים במנוע השראה, מוכרים הפסדי ברזל (הפסדי מגנוט). להלן מוצגים שלושה שינויים בפעולת המערכת עם המנוע:

1. שינוי מומנט על ציר המנוע
2. שינוי מתח הזנת המנוע
3. שינוי התנגדות סלילי המנוע רק אחד מהשינויים האלה משפיע באופן משמעותי על הפסדי הברזל, מהו? נמקו את הבחירה.

נתון שנאי חד-פאזי מעלה מתח $110/230(V)$, $50Hz$, $2kVA$. בניסוי ריקם נתקבלו מהצד הראשוני התוצאות הבאות: $110V$, $10W$, $0.4A$. נמדדו התנגדויות סלילי השנאי: $R_1=0.112\mathrm{\Omega }$, $R_2=0.417\mathrm{\Omega }$. נגדיר: $X_{eq}=X_1+X_2^{{}^{\prime }}$, $R_{eq}=R_1+R_2^{{}^{\prime }}$. נתייחס למעגל התמורה של השנאי בתצורה הבאה:

(איור לשאלה 3)

ידוע שגודל העכבה הכוללת של סלילי השנאי $Z_{eq}=R_{eq}+j{X}_{eq}$ שווה ל-$0.75\mathrm{\Omega }$.

א. (8 נק') חשבו את ארבעת המאפיינים $R_0,X_0,R_{eq},X_{eq}$ של מעגל התמורה של השנאי הנתון. ב. (4 נק') בניסוי ריקם נתקבל הספק $P_0=10W$. לאיזו מפעולות השנאי נדרש הספק זה? ג. (4 נק') מהם ההפסדים החשמליים והמגנטיים בעומס של $S=2kVA$? ד. (4 נק') הופכים את השנאי הזה למוריד המתח $230/110(V)$. השנאי פועל בעומס זהה. האם יחול שינוי בהפסדים החשמליים והמגנטיים של השנאי? נמקו.

לגנרטור סינכרוני, בחיבור סליליו בכוכב, בוצע ניסוי ריקם. אופיין הריקם, תלות מתח הריקם השלוב בזרם העירור, מוצגים באיור א' לשאלה 4.

(איור א' לשאלה 4)

[נתון המודפס בין סעיף א' לסעיף ב':] נתון: ההיגב הסינכרוני $X_s=4.2\mathrm{\Omega }$, ההתנגדות האוהמית של הסלילים זניחה.

א. (4 נק') אפשר לראות כי בזרם העירור 0A מתקבל מתח גדול מ-0. מהי הסיבה לכך? ב. (8 נק') בקביעת זרם העירור של 2A נתקבל מתח ריקם של 4400V. במצב עבודה מסוים של המערכת, הגנרטור מספק לצרכנים זרם של 200A בגורם הספק מפגר 0.85. מהו המתח במוצא הגנרטור? הנחייה לפתרון: מומלץ להיעזר בדיאגרמה הווקטורית פאזית הבאה (איור ב'):

(איור ב' לשאלה 4) ג. (8 נק') צריכת הצרכנים ירדה לכדי 100A ללא שינוי גורם ההספק. מהו זרם העירור הנדרש לקבלת המתח במוצא שמחושב בסעיף ב'?