Об’єкт, предмет, методи досліджень, будова та принцип дії обертових та статичних електричних машин.
Машини постійного струму. Принцип дії МПС. Будова машин постійного струму. Обмотки якоря МПС. Умови симетричності обмоток якоря. Вибір обмотки якоря для МПС. Електрорушійна сила обмотки якоря. Електромагнітний момент МПС. Способи збудження МПС. Рівняння електричної рівноваги і моментів. Характеристики двигунів постійного струму із паралельним та незалежним збудженням. ДПС послідовного та змішаного збудження. Пуск ДПС. Прямий пуск. Перехідний процес при пуску ДПС. Виведення диференційного рівняння для частоти обертання. Виведення диференційного рівняння для струму. Реостатний пуск. Пуск шляхом плавного підвищення напруги. Способи регулювання частоти обертання ДПС. Способи гальмування ДПС. Втрати потужності та коефіцієнт корисної дії в МПС. Реакція якоря. Визначення та фізичний зміст реакції якоря. Способи боротьби зі шкідливими явищами реакції якоря. Причини появи іскор на колекторі. Процеси в МПС при комутації. Аналітична залежність струму в секції обмотки якоря від часу комутації. Прямолінійна комутація. Сповільнена комутація. Прискорена комутація. Способи поліпшення комутації МПС. Радіоперешкоди МПС. Тестові питання для перевірки знань. Тестові задачі. Приклади для самостійного розв’язання.
Трансформатори. Класифікація і визначення трансформаторів. Позначення трансформаторів. Принцип дії трансформатора. Рівняння електричної рівноваги та схема заміщення. Електрорушійна сила в обмотках трансформатора. Рівняння електричної рівноваги та струмів. Приведена схема заміщення трансформатора. Зв’язок між опорами реального та приведеного трансформатора. Трифазні трансформатори. Будова трансформатора. Особливості роботи трифазних трансформаторів. Явища при намагнічуванні трансформатора. Сполучення обмоток трифазних трансформаторів. Дослідне визначення параметрів приведеної схеми заміщення. Дослід неробочого ходу. Дослід короткого замикання. Побудова векторної діаграми трансформатора. Робота трансформатора під навантаженням. Спрощена векторна діаграма. Зовнішня характеристика трансформатора. Втрати потужності та ККД трансформатора. Групи сполучень обмоток трансформатора. Умови паралельної роботи трансформаторів. Перехідні процеси у трансформаторах. Раптове КЗ у вторинному колі. Перехідний процес ненавантаженого трансформатора при вмиканні в мережу. Захист трансформаторів від грозових перенапруг. Особливості роботи трифазних трансформаторів при несиметричному навантаженні. Метод симетричних складових. Варіанти вмикання трансформатора. Трансформатори спеціального призначення. Автотрансформатори. Триобмоткові трансформатори. Трансформатори з регулюванням напруги. Плавне регулювання напруги в трансформаторах. Трансформатори для точкового і дугового зварювання. Трансформатори для перетворення частоти і кількості фаз. Вимірювальні трансформатори. П’єзоелектричні трансформатори.
Загальні питання теорії машин змінного струму. Загальні відомості про електричні машини змінного струму. Обмотки електричних машин змінного струму. Вимоги до обмоток статора електричних машин. Конструктивне виконання обмоток. Магніторушійна сила обмоток статора. Обертове магнітне поле обмотки статора.
Асинхронні машини. Будова асинхронної машини. Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором. Асинхронні двигуни з фазним ротором. Принцип роботи асинхронного двигуна. Типи серійних асинхронних двигунів, що випускаються. Розрахунок магнітного кола асинхронного двигуна та магнітна характеристика. Розрахунок магнітної напруги основного повітряного проміжку. Магнітна напруга в зубцевому шарі. Магнітна напруга в ярмах статора та ротора. Магнітна характеристика асинхронного двигуна. Робота асинхронного двигуна при нерухомому роторі. Режим неробочого ходу асинхронного двигуна. Рівняння електричної рівноваги та струмів нерухомого асинхронного двигуна під навантаженням. Т-подібна приведена схема заміщення асинхронного двигуна. Фізичні умови роботи асинхронного двигуна при рухомому роторі. Параметри асинхронного двигуна з рухомим ротором. Г-подібна приведена схема заміщення рухомого асинхронного двигуна. Рівняння електричної рівноваги та струмів приведеного асинхронного двигуна. Співвідношення між реальними та приведеними параметрами асинхронного двигуна. Векторна діаграма асинхронного двигуна з коротко-замкненим ротором. Векторна діаграма асинхронного двигуна у режимі генератора. Механічна характеристика асинхронного двигуна. Енергетична діаграма асинхронного двигуна. Електромагнітний момент асинхронної машини. Механічна характеристика асинхронної машини. Формули Клосса для відносного моменту асинхронного двигуна. Вплив напруги мережі, активного опору ротора та частоти струму статора на електромагнітний момент асинхронного двигуна. Робочі характеристики асинхронного двигуна. Колова діаграма асинхронного двигуна. Пуск і регулювання частоти обертання трифазного асинхронного двигуна. Пуск трифазних двигунів. Способи регулювання частоти обертання асинхронного двигуна. Способи гальмування АД. Однофазні асинхронні двигуни. Конструкція конденсаторного асинхронного двигуна.
Синхронні машини. Будова синхронних генераторів. Принцип дії синхронного генератора. Схеми збудження синхронних генераторів. Реакція якоря. Рівняння електричної рівноваги синхронного генератора. Векторні діаграми синхронних генераторів при різних навантаженнях. Характеристики синхронних генераторів. Характеристика неробочого ходу. Характеристика короткого замикання. Зовнішня характеристика синхронного генератора. Регулювальна характеристика. Практична діаграма ЕРС синхронного генератора. Втрати потужності і ККД синхронної машини. Паралельна робота синхронних генераторів. Корисна потужність та електромагнітний момент синхронного генератора. Кутова характеристика синхронного генератора. Динамічна стійкість та синхронізувальний момент синхронного генератора. Принцип дії синхронних двигунів. Пуск синхронних двигунів. Частотний пуск. Пуск синхронного двигуна за допомогою розгінного. Асинхронний пуск синхронного двигуна. Електромагнітна потужність та електромагнітний момент синхронних двигунів. Рівняння електричної рівноваги та векторні діаграми синхронного двигуна і синхронного генератора. Коливання ротора СД при зміні навантаження. Робочі характеристики синхронного двигуна. Регулювання частоти обертання синхронних двигунів. Синхронні машини спеціального призначення. Електромашинний компенсатор. Синхронні машини з постійними магнітами. Синхронний реактивний двигун. Гістерезисні синхронні двигуни. Крокові синхронні двигуни. Синхронні генератори з кігтеподібними полюсами. Індукторні генератори високої частоти. Синхронний двигун із постійними магнітами та нерівномірним основним повітряним проміжком.
Третій рік, 10 кредитів, 5 семестр – залік; 6 семестр – екзамен.
Перелік дисциплін, які є передумовою вивчення курсу:
- 141БОК4 Фізика
- 141БОК6 Вища математика
- 141БОК13 Теоретичні основи електротехніки
- 141БОК14 Теорія автоматичного керування
Перелік дисциплін, для яких курс є передумовою:
- 141БОК18 Теорія електропривода
- 141БОК19 Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів
- 141БОК21 Мікроконтролери та мікропроцесорна техніка
- 141БОК22 Електроніка та мікросхемотехніка
- 141БОК23 Електричні апарати
Змістовий модуль 1. Машини постійного струму (МПС).
Тема 1. Принцип роботи і будова МПС.
Предмет та структура дисципліни. Закон електромагнітної індукції. Правила лівої та правої руки. Будова МПС. Принцип дії МПС.
Тема 2. Обмотки якоря МПС. Вибір обмоток.
Поняття першого, другого, результуючого кроків обмотки. Крок по колектору. Петльова, хвильова, складна петльова, складна хвильова, комбінована обмотки якоря МПС. Вибір обмоток якоря.
Тема 3. Електрорушійна сила (ЕРС) і електромагнітний момент МПС.
Поняття коефіцієнта полюсного перекриття. ЕРС та електромагнітний момент МПС. Поняття електромагнітної потужності. Постійні МПС у практичній системі одиниць та в СІ.
Тема 4. Способи збудження МПС. Рівняння електричної рівноваги та моментів.
Незалежне, паралельне, послідовне та змішане збудження МПС. Позначення виводів МПС. Перший другий закони Кірхгофа. Поняття статичного, динамічного та моменту неробочого ходу (НХ) МПС.
Тема 5. Характеристики двигунів постійного струму (ДПС) та способи регулювання швидкості обертання.
Визначення робочих, механічної та швидкісної характеристик ДПС. Природні та штучні характеристики ДПС. Вплив зміни параметрів живлення ДПС на його характеристики. Прямий, реостатний та пуск шляхом плавного підвищення напруги. Діапазон регулювання частоти обертання. Класифікація способів регулювання частоти обертання ДПС.
Тема 6. Способи пуску та гальмування ДПС. Перехідний процес при пуску.
Класифікація способів пуску ДПС. Поняття початкового пускового моменту та початкового пускового струму. Умови стійкої роботи ДПС. Класифікація способів гальмування.
Тема 7. Втрати потужностей та коефіцієнт корисної дії (ККД) МПС.
Енергетична діаграма МПС. Електричні, магнітні, механічні та додаткові втрати потужностей МПС. Визначення ККД для двигунів та генераторів. Залежність ККД від корисної потужності МПС.
Тема 8. Реакція якоря МПС. Способи усунення шкідливого впливу реакції якоря.
Визначення реакції якоря МПС. Геометрична та фізична нейтралі МПС. Шкідливі наслідки реакції якоря. Коловий вогонь на колекторі. Компенсаційна обмотка МПС.
Тема 9. Процес комутації, їх види і вплив на роботу ДПС. Способи поліпшення комутації.
Визначення явища комутації. Лінійна, прискорена та сповільнена комутація МПС. Причини появи іскріння під щітками. Додаткові полюси МПС.
Змістовий модуль 2. Трансформатори.
Тема 1. Принцип дії і будова однофазного трансформатора. Коефіцієнт трансформації.
Класифікація і позначення трансформаторів. Коефіцієнт заповнення сталі. Амплітудні, середні та діючі значення синусоїдних напруг та струмів. Фазний коефіцієнт трансформації.
Тема 2. Рівняння електричної рівноваги трансформатора. Приведена схема заміщення трансформатора.
Основний магнітний потік та магнітний потік розсіювання. Електрорушійна сила в обмотках трансформатора. ЕРС розсіювання в обмотках трансформатора. Схема заміщення та приведена схема заміщення. Зв'язок між параметрами приведеної схеми заміщення трансформатора та реальними параметрами.
Тема 3. Досліди неробочого ходу (НХ) і короткого замикання (КЗ) трансформатора.
Спрощення приведеної схеми трансформатора у дослідах НХ та КЗ. Трикутники опорів та напруг. Потужність та струм НХ. Напруга досліду КЗ. Струм аварійного короткого замикання. Коефіцієнт трансформації за напругою та струмом.
Тема 4.Трифазні трансформатори. Сполучення обмоток трансформатора
Трансформаторні групи. Плоскі та просторові магнітні кола. Явища при намагнічуванні трансформатора. Поняття про вищі гармоніки струму. Класифікація та позначення сполучень обмоток трифазних трансформаторів. Співвідношення між фазами та лінійними коефіцієнтами трансформацій.
Тема 5. Спрощена векторна діаграма та зовнішня характеристика (ЗХ) трансформатора.
Визначення зовнішньої характеристики трансформатора. Трикутник напруг досліду короткого замикання. Коефіцієнт струмового навантаження трансформатора. ЗХ трансформатора при активному, індуктивному та ємнісному навантаженнях.
Тема 6. Втрати потужностей та ККД трансформатора. Групи сполучень обмоток.
Енергетична діаграма трансформатора. Види втрат потужностей у трансформаторі. Визначення ККД за потужністю та похідні групи сполучень обмоток.
Тема 7. Паралельна робота трансформаторів. Трансформатори спеціального призначення.
Умови паралельної роботи трансформаторів. Метод симетричних складових. Поняття про струми прямої зворотної та нульової послідовності. Варіанти сполучення обмоток трифазних трансформаторів. Автотрансформатори, триобмоткові та вимірювальні трансформатори
Змістовий модуль 3. Асинхронні машини.
Тема 1. Обмотки машин змінного струму.
Вимоги до обмоток. Зосередженості та розподілені обмотки. Параметри обмоток. Обмотки хвильові концентричні та «перевальцем». Коефіцієнти розподілення, укорочення, скосу. Обмотковий коефіцієнт. Магніторушійна сила обмоток. Обертове магнітне поле. Класи ізоляцій обмоток.
Тема 2. Будова та принцип дії асинхронного двигуна (АД).
АД з короткозамкненим ротором. АД з фазним ротором. Закон повного струму. Коефіцієнт Картера. Магнітна характеристика АД. Ковзання АД.
Тема 3. Рівняння електричної рівноваги та струмів загальмованого АД.
Режим неробочого ходу (НХ) загальмованого АД. Схема заміщення АД. ЕРС обмоток АД. Коефіцієнт трансформації ЕРС. Режим нерухомого АД під навантаженням. Коефіцієнт трансформації струмів.
Тема 4. Т – подібна приведена схема заміщення.
Умови переходу до приведеної схеми заміщення АД. Параметри АД з рухомим ротором.
Тема 5. Г – подібна приведена схема заміщення АД. Співвідношення параметрів приведеної схеми та реального АД.
Недоліки Т – подібної приведеної схеми заміщення АД. Повна та спрощена Г – подібна приведена схема заміщення. Коефіцієнт приведення опорів. Векторні діаграми АД.
Тема 6. Енергетична діаграма АД. Механічна характеристика. Формула Клосса.
Види втрат потужностей в АД. Коефіцієнт корисної дії. Електромагнітний момент АД. Визначення механічної характеристики. Критичне та номінальне ковзання. Максимальний електромагнітний момент. Повна та спрощена формули Клосса. Кратність максимального та початкового пускового моменту. Формула Клосса при зміні напруги живлення АД.
Тема 7. Вплив напруги, частоти струму статора та опору ротора на механічні характеристики.
Перевантажувальна здатність АД. Крутний, статичний та момент неробочого ходу АД. Умова отримання максимального початкового пускового моменту АД з фазним ротором.
Тема 8. Робочі характеристики, способи пуску та гальмування трифазних АД.
Визначення робочих характеристик АД. Колова діаграма АД. Параметри пуску АД. Пуск АД з фазним та короткозамкненим ротором. АД з двоклітковим та глибокопазним ротором. Ефект витіснення струму та його вплив на механічну характеристику.
Тема 9. Регулювання частоти обертання АД. Закони керування.
Способи регулювання частоти обертання. Керування частотою обертання при постійному моменті АД. Керування при постійній потужності АД. Керування при «вентиляторній» характеристиці.
Тема 10. Однофазні АД. Робота трифазних АД від однофазної мережі.
Прямий та зворотний магнітний потоки у однофазному АД. АД з розчепленною фазою. Конденсаторний АД. Схеми вмикання трифазних АД у однофазну мережу.
Змістовий модуль 4. Синхронні машини (СМ).
Тема 1. Будова та принцип дії СМ. Реакція якоря.
Явнополюсні та неявнополюсні СМ. Повздовжня d та поперечна q вісі СМ. Контактна, безконтактна автоматична та схема самозбудження синхронного генератора (СГ). Поняття реакції якоря. Метод Блонделя (метод двох реакцій)
Тема 2. Рівняння електричної рівноваги та векторні діаграми СМ.
Повздовжні та поперечні складові струму якоря, ЕРС реакції якоря. Коефіцієнти приведення по вісям, коефіцієнти форми поля. Рівняння електричної рівноваги явнополюсних та неявнополюсних СМ. Алгоритм побудови векторних діаграм СМ.
Тема 3. Втрати потужностей та ККД СМ.
Види втрат потужностей СМ. Повна, активна та реактивна потужності СМ. Трикутник потужностей.
Тема 4. Паралельна робота СГ. Способи синхронізації СГ.
Умови вмикання СГ на паралельну роботу. Поняття синхронізації СГ. Спосіб точної синхронізації та спосіб синхронізації в режимі двигуна. Лампові та стрілочні синхроноскопи.
Тема 5. Електромагнітна потужність, електромагнітний момент та кутова характеристика СГ.
Кут навантаження СГ. Основна та реактивна електромагнітна потужність СГ. Основний та реактивний електромагнітний момент СГ. Критичний кут навантаження СГ. Перевантажувальна здатність СГ.
Тема 6. Синхронізувальний момент та коливання ротора СГ при зміні навантаження.
Динамічна стійкість СГ. Питомий синхронізувальний момент СГ при зміні навантаження.
Тема 7. Принцип дії, робочі характеристики та способи пуску синхронних двигунів (СД).
Принцип дії СД. Основний та реактивний момент та потужність СД. Коливання ротора СД при зміні навантаження. Визначення робочих характеристик СД. Частотний, асинхронний та пуск СД за допомогою розгінного. Явище Гергеса.
Тема 8. Синхронні машини спеціального призначення.
Електромашинний компенсатор. V – подібна характеристика. Синхронний реактивний двигун. Гістерезисний двигун. Кроковий СД. Синхронний генератор з кігтеподібними полюсами. Індукторний генератор високої частоти.
Практичне заняття №1. Розрахунок та побудова петльових і хвильових обмоток МПС. Кроки обмоток, крок по колектору. Складні петльові та хвильові обмотки. Комбінована обмотка.
Практичне заняття №2. Розрахунок параметрів МПС з паралельним збудження.
Особливості паралельного збудження МПС. Перший та другий закони Кірхгофа.
Практичне заняття №3. Розрахунок та побудова механічних (МХ) та швидкісних (ШХ) характеристик МПС.
Вивід формул для МХ та ШХ. Поняття частоти обертання неробочого ходу та зниження частоти обертання під навантаженням.
Практичне заняття №4. Розрахунок та побудова механічних (МХ) та швидкісних (ШХ) характеристик МПС.
Вивід формул для МХ та ШХ. Поняття частоти обертання неробочого ходу та зниження частоти обертання під навантаженням.
Практичне заняття №5. Обчислення параметрів ДПС за заданим режимом.
Знаходження частоти обертання та крутного моменту МПС при зміні напруги живлення, магнітного потоку та опору пускового реостату.
Практичне заняття №6. Розрахунок режимів ДПС за заданими параметрами.
Розрахунок напруги живлення, магнітного потоку та опору пускового реостату для заданої частоти обертання та крутного моменту.
Практичне заняття №7. Розрахунок параметрів одно- та трифазних трансформаторів.
Знаходження кількості витків обмоток. Розрахунок номінальних напруг, струмів та потужностей.
Практичне заняття №8. Розрахунок параметрів приведеної схеми за дослідами НХ, КЗ.
Знаходження активних та індуктивних опорів розсіювання реального трансформатора та приведеної схеми за дослідами НХ, КЗ.
Практичне заняття №9. Розрахунок ККД трансформатора.
Обчислення та побудова залежностей η (β) та знаходження оптимального струмового навантаження.
Практичне заняття №10. Розрахунок та побудова зовнішньої характеристики (ЗХ).
Обчислення ЗХ трансформатора та знаходження номінального падіння напруги під впливом навантаження.
Практичне заняття №11. Розрахунок та побудова розгорнутих схем обмоток машин змінного струму.
Обчислення кроків обмоток. Знаходження коефіцієнтів розподілення, вкорочення кроку, скосу та обмоткового коефіцієнту. Видача завдання на курсовий проект.
Практичне заняття №12. Обчислення параметрів і характеристик АД за Г- подібною схемою заміщення.
Знаходження номінального та критичного ковзання, номінального та максимального моменту, номіналах струмів АД.
Практичне заняття №13. Розрахунок та побудова механічних характеристик (МХ) АД.
Обчислення МХ АД за формулою Клосса.
Практичне заняття №14. Обчислення параметрів АД при зміні режиму живлення.
Знаходження частоти обертання n та крутного моменту М АД при зміні напруги живлення та частоти струму. Знаходження напруги та частоти струму мережі для отримання заданих значень n, М.
Практичне заняття №15. Розрахунок характеристик трифазних синхронних генераторів (СГ).
Обчислення та побудова кутових та V-подібних характеристик СГ. Побудова векторних діаграм.
Практичне заняття №16. Розрахунок параметрів і характеристик синхронних двигунів (СД).
Обчислення та побудова кутових характеристик СД при зміні режиму живлення. Побудова векторних діаграм.
Лабораторне заняття №1. Дослідження ДПС із паралельним збудженням. Отримання робочих та механічних характеристик експериментальним шляхом на лабораторній установці.
Лабораторне заняття №2. Випробування ГПС із паралельним збудженням. Експериментальне зняття характеристики неробочого ходу, зовнішньої та регульованої характеристик. Обчислення відносної зміни напруги ГПС при зміні навантаження.
Лабораторне заняття №3. Розрахунок та побудова механічних характеристик (МХ) ДПС. Аналітичне отримання МХ ДПС при зміні напруги живлення, магнітного потоку та опору пускового реостату.
Лабораторне заняття №4. Дослідження однофазного трансформатора. Експериментальне отримання робочих характеристик трансформатора на лабораторній установці.
Лабораторне заняття №5. Дослідження трифазного АД з короткозамкненим ротором. Експериментальне вимірювання робочих характеристик АД на лабораторній установці.
Лабораторне заняття №6. Дослідження асинхронного двигуна з фазним ротором. Експериментальне вимірювання робочих характеристик АД та початкових пускових струмів при різних значеннях опору пускового реостату.
Лабораторне заняття №7. Дослідження трифазного синхронного генератора (СГ). Експериментальне вимірювання характеристики неробочого ходу, зовнішньої та V-подібної характеристик СГ. Експериментальна реалізація способу точної синхронізації СГ із мережею
Лабораторне заняття №8. Дослідження трифазного синхронного двигуна. Експериментальне вимірювання V-подібної та робочих характеристик синхронного двигуна.
Базова
- Шефер, В.В. Електричні машини: навчальний посібник / В.В. Онушко, О.В. Шефер. – Полтава, ПолтНТУ, 2015. – 536 с.
- Яцун, М.А. Електричні машини: навч. посібник/ М.А.Яцун. Видавництво Національного університету ,,Львівська політехніка’’, 2004. – 400 с.
- Зягірняк, М.В. Електричні машини: підручник/ М.В.Загірняк, Б.І.Невзлін. – 2- ге вид. переробл. і доп.¬ – К.: Знання, 2009. – 399 с.
Допоміжна
- Мілих, В.І. Електротехніка та електромеханіка: навчальний посібник/ В.І. Мілих. —К.: Каравела, 2006. – 376 с.
- Кацман, М.М. Расчет и конструирование электрических машин/ М.М. Кацман. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 360 с.
- Пиотровский, Л. М. Электрические машины / Л.М. Пиотровский.М.: Энергия, 1972. –544 с.
- Гольдберг, О.Д. Проектирование электрических машин / О.Д. Гольдберг, И.С.Свириденко. – М.: Высшая школа, 2006. – 431 с.
- Брускин, Д.Д. Электрические машины. / Д.Д. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. ч.1. – М.: Высшая школа, 1987. – 320 с., ч.2. – М.: Высшая школа, 1986. –336 с.
Координатор Асистент координатора Syllabus Програма дисципліни