Електричні машини

Необхідною умовою підготовки фахівців по проектуванню елементів і систем суднового та підводного автоматизованого електрообладнання, а також систем автоматизованого електроприводу є якісне засвоєння основ теорії електромагнітного та електромеханічного перетворення енергії на основі вивчення дисципліни "Електричні машини".

Дисципліна "Електричні машини" є фундаментальною основою теорії проектування електромеханічних і електромагнітних пристроїв, генеруючих агрегатів електростанцій, автоматизованих електроприводів та інших електротехнічних систем і комплексів.

Дисципліна "Електричні машини" вивчається після курсів фізики, математики, теоретичних основ електротехніки, основ метрології та електричних вимірів, електроматеріалознавства.

Із дисципліни "Фізика" у "Електричних машинах" використовуються: елементи фізики твердого тіла; основи термодинаміки та теплопровідності; електрика і магнетизм.

Із "Математики": основи математичного аналізу; векторне обчислювання, ряди Фур'є та перетворення Лапласа; основи математичного програмування.

Із "Теоретичних основ електротехніки": теорія електричних і магнітних кіл; теорія електромагнітного поля.

Із "Основ метрології та електричних вимірів: теоретичні основи дії та практичне використання електровимірювальних приладів.

Із "Електроматеріалознавства": різновиди, фізичні властивості та особливості використання в електротехніці провідникових, ізолюючих та напівпровідникових матеріалів.

Дисципліна "Електричні машини" відноситься до головних дисциплін з циклу професійно орієнтованих і є основою для засвоєння усіх спеціальних дисциплін спеціальностей 8.09.2201 і 8.09.2203 і у першу чергу таких дисциплін, як "Електромеханічні системи генерування струму", "Суднові автоматизовані електроприводи", "Суднові електроенергетичні системи", "Енергоресурсозбереження в електроприводі", "Електроенергетичні системи підводних апаратів".

Мета і завдання дисципліни

Мета вивчення дисципліни – пізнання природи та оволодіння основами теорії електромагнітних і електромеханічних процесів і перетворювачів енергії, без якісного засвоєння яких неможливо вивчення послідуючих спеціальних дисциплін.

Завдання дисципліни – засвоєння фізичної сутності та взаємозалежності електричних, магнітних і механічних явищ, які відбуваються у сталих та перехідних режимах роботи перетворювачів мехашчної та електричної енергії, а також засобів досліду та математичного опису електромагнітних і електромеханічних процесів перетворення енергії, засобів регулювання, властивостей і характеристик, основ проектування електричних машин.

Після вивчення дисципліни студент повинен :

знати – призначення, класифікацію і принцип дії електромагнітних і електромеханічних перетворювачів, рівняння їх сталих і перехідних режимів, процесів регулювання, електромеханічних та робочих характеристик; загальні методи теоретичного і експериментального дослідження та проектування трансформаторів, генераторів, двигунів;

уміти – складати математичні моделі основних видів електромагнітних процесів; використовувати засоби регулювання машин та керування електромагнітними процесами; виконувати типові розрахунки магнітних кіл , параметрів і характеристик, а також випробування електромашин і трансформаторів;

мати уяву – про сучасні методи проектування і напрямки наукових досліджень, а також перспективи розвитку електромеханічних пристроїв і електромеханіки як науки.

 

ПРОГРАМА КУРСУ

Модуль 1. Загальні питання теорії ЕМ постійного та змінного струму.

Тема 1. Терміни і визначення , варіанти магнітних кіл та магнітні поля в ЕМ.

Лекція 1. Визначення поняття та класифікації ЕМ, поняття активної і конструктивної частини ЕМ. Поняття магнітного кола та різновиди магнітних кіл рухомих і статичних ЕМ.

Лекція 2. Поняття, розподіл у просторі (зазорі) та гармонічний склад магніторушійної сили (МРС) ЕМ з зосередженою обмоткою при постійному і змінному живленні. Створення обертової мрс в двох- та трифазної електромагнітної системі ЕМ.

Лекція 3. Способи наближення структури обертової МРС ЕМ до синусоїди. Особливості конструкції магнітопроводу статора ЕМ змінного струму та розрахунок МП методом питомої провідності зазора.

Лекція 4. Особливості конструкції колектора та магнітного кола КМПС, розподіл у просторі магнітного поля (МП) збудження, якоря і навантаження. Поняття реакція якоря та вплив на розподіл МП навантаження конструктивних чинників КМПС.

Лекція 5. Особливості основних конструкцій і МП збудження СМ. МП і реакція якоря СМ.

Тема 2. Електрорушійні сили (ЕРС) і параметри обмоток ЕМ.

Лекція 6. Конструктивні різновиди і ЕРС обмотки трансформатора. Конструктивні різновиди і ЕРС обмотки статора ЕМ змінного струму. Конструктивні різновиди і ЕРС обмотки якоря КМПС.

Лекція 7. Головний індуктивний опір фази і обмотки ЕМ змінного струму. Активний опір та індуктивний опір розсіяння обмотки ЕМ.

Модуль 2. Трансформатори і АМ.

Тема 3. Особливості і характеристики трансформаторів.

Лекція 8. Принцип дії, обґрунтування рівнянь МРС і струму трансформатора. Активна і реактивна складові, гармонічний склад та діюче значення струму неробочого руху.

Лекція 9. Рівняння напруг і ЕРС в диференціальній і комплексній формах, приведення вторинної обмотки трансформатора. Обґрунтування заступної схеми ідеального трансформатора.

Лекція 10. Система рівнянь, обґрунтування заступної схеми трансформатора. Векторні діаграми та експериментальне визначення параметрів трансформатора.

Лекція 11. Схеми і групи з'єднань обмоток трансформаторів. Особливості трансформації трифазних струмів.

Лекція 12. Обґрунтування практичних виразів зміни напруги та ККД трансформатора, умови паралельної роботи трансформаторів.

Тема 4. Особливості і характеристики АМ.

Лекція 13. Принцип дії, поняття ковзання і залежність електромагнітних величин кола ротора від ковзання АМ. Рівняння і векторні діаграми електричних кіл, намагнічувальний струм та струм неробочого руху АМ.

Лекція 14. Електромеханічне перетворення енергії, енергетична діаграма режиму асинхронного двигуна та обґрунтування загального виразу електромагнітного моменту (ЕММ) ЕМ. Обґрунтування зв'язку електромагнітної потужності і потужності електричних втрат кола ротора АМ.

Лекція 15. Заміна обертового ротора нерухомим вторинним колом АМ. Приведення вторинної обмотки та обґрунтування системи рівнянь і Т-подібної заступної схеми АМ.

Лекція 16. Перетворення Т-подібної заступної схеми в Г-подібну, обґрунтування практичних виразів ЕММ і струмів АМ. Особливості і векторні діаграми режимів роботи та електромеханічні характеристики АМ.

Лекція 17. Умови стійкої роботи електродвигуна та вимоги до механічної характеристики АМ. Асинхронні двигуни (АД) з поліпшеними пусковими характеристиками.

Лекція 18 . Способи і системи регулювання частоти обертання АД з короткозамкненим і фазним ротором. Робочі характеристики АД і способи пуску потужних АД.

Модуль 3. Синхронні та колекторні СМ.

Тема 5. Особливості і характеристики СМ.

Лекція 19. Метод двох реакцій, коефіцієнти реакції якоря СМ. ЕРС зазора та параметри обмотки статора різновидів СМ.

Лекція 20. Рівняння та векторні діаграми генераторного режиму роботи СМ. Характеристики автономної роботи СМ.

Лекція 21. Умови і способи синхронізації СМ. Синхронні режими та спрощені векторні діаграми паралельної роботи СМ.

Лекція 22. Обґрунтування рівнянь електромагнітної потужності і ЕММ СМ. Кутові характеристики активної потужності і умови стійкої роботи СМ.

Лекція 23. Кутові характеристики реактивної потужності та V ( U ) -подібні характеристики СМ. Векторна діаграма, переваги, недоліки і особливості пуску синхронних двигунів.

Лекція 24. Конструктивні схемотехнічні особливості систем збудження СМ. Перехідний процес, параметри і заступні схеми стадій короткого замикання СМ.

Тема 6. Особливості і характеристики КМПС.

Лекція 25 . Комутація КМПС і засоби її поліпшення. Розрахунок магнітного кола різновидів ЕМ.

Лекція 26 . Характеристики генератора постійного струму незалежного збудження. Умови самозбудження і стійкої роботи колекторних генераторів та особливості генератора змішаного збудження.

Лекція 27 . Обґрунтування рівнянь і вигляду швидкісної та механічної характеристик колекторного двигуна постійного струму незалежного збудження. Особливості і характеристики двигунів послідовного і змішаного збудження. Способи пуску і регулювання частоти обертання колекторних двигунів.