Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 1 z 18

Egzamin z Maszyn

Elektrycznych - Opracowanie

1. Usytuowanie maszyn elektrycznych w procesach przemiany energii.
Energia przetwarzana jest z postaci mechanicznej w energie elektryczna .Służą do tego celu
przetworniki zwane generatorami elektrycznymi. Do przesłania tej energii na duże odległości
i rozdzielenia jej służą transformatory. Około 60% energii elektrycznej jest ponownie
przetworzona w energie mechaniczna za pomocą silników. Wszystkie przetworniki energii
wspólnie nazywamy maszynami elektrycznymi. Największe nich to generatory o mocach 500-
1200 MW silniki zaś maja moce od 20-30 MW. Większośd silników i generatorów wykonuje
ruch dookoła własnej osi nieruchomej inne zaś ruch postępowy. Do wytworzenia sil
mechanicznych i elektromotorycznych wykorzystuje się pole magnetyczne.
Maszyny prądu stałego( silniki i prądnice)
Maszyny prądu przemiennego(asynchroniczne i synchroniczne)
Silniki pierścieniowe i klatkowe
Prądnice tachometryczne i generatory.
Mech>elektr (prądnice i generatory)
Elektr>mech(silniki)
Elektr>elektryczna ze zmiana napięcia i częstotliwości (przetwornice elektromaszynowe)
Maszyny specjalne(wzmacniacze, maszyny pomiarowe, prądnice tachometryczne)

2.Zjawiska fizyczne wykorzystywane w podstawowych przetwornikach
elektromechanicznych
-prawo przepływu















i

dl

H

z

I

-zjawisko indukcji elektromagnetycznej (SEM)
-zjawisko oddziaływania pola magnetycznego na przewód z prądem
Prawo indukcji Faradaya

dt

d

E







Siła Lorenza

VxB

q

F





Sila Ampera

ixB

dl

dF





Siła elektrodynamiczna



sin









l

I

B

F

e

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 2 z 18

3.Rola stopów żelaza w maszynach elektrycznych
Stopy żelaza stosowane są przede wszystkim do budowy obwodów magnetycznych. Celem
tych obwodów jest stworzenie wymaganej drogi w przestrzenie dla strumienia
magnetycznego o małym natężeniu pola H. Dla ograniczenia prądów wirowych, a więc strat
energii przy polach zmiennych używa się blach o grubościach 0,3-0,7 mm. Noszą one nazwę
blach elektrotechnicznych.

4.Objętościowa gęstośd energii magnetycznej w różnych środowiskach fizycznych.

W przestrzeni, w której występuje pole magnetyczne zawarta jest energia o gęstości





 

3

m

J

dV

dB

H

dW









W polu elektromagnetycznym energia przemieszcza się . Całkowitą energię oblicza się
całkując po danej powierzchni. Energia może byd przetworzona na inna teoretycznie bez
strat. Większośd energii zgromadzone jest w szczelinie powietrznej.

5.Wyrażenie na energię sumaryczną poszczególnych elementów skupionych.

Energia ma zawsze jakiś rozklad w przestrzeni i gęstośd przestrzenanną.W polu
magnetycznym i elektrycznym zawsze mozna ograniczyc obszar poza którym energia jest
pomijalna. Energia związana z natężeniem pradu lub pradów które wzbudzily pole
magnetyczne.
Zwojnica

    

wirnika

kinetyczna

energia

J

W

i

L

i

W

zwojnicy

energie

na

wyrazenie

Li

L

d

L

W

k

t

L

l



























2

2

0

2

2

1

2

1

2

1

2

1

'

'

1

Straty:
- mocy w jednym obwodzie

2

Ri

P

R



- tarcia

2





D

P

d

Moc źródła:
- elektrycznego

Ui

P

e



- mechanicznego w ruchu obrotowym (postępowym)





Fv

P

T

P

m

m







6. Koenergia w elementach skupionych i jej związek z energią.
Zależnośd między strumieniem a prądem przy obecności w pobliżu uzwojenia z prądem
ferromagnetyka jest w ogóle nieliniowa.
Rzeczywista relacja jest jeszcze bardziej skomplikowana, gdyż ma niejednoznacznośd w
postaci histerezy. Ma to jednak drugorzędne znaczenie.
W warunkach technicznych znacznie łatwiej mierzy się i reguluje prąd I niż strumieo Ψ,
dlatego prąd chętniej wybiera się za niezależną. W konsekwencji używa się alternatywnej dla
energii wielkości W` zwanej koenergią.
Dla jednego zwoju: W`=∫ Ψ(x,i)di

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 3 z 18

Z zależności Ψ(i) wynika, że W+W`= Ψi. Wraz ze zmianą x zmienia się też charakterystyka, a
więc i wartośd W oraz W`. Przy obliczaniu cząstkowej pochodnej względem x inne zmienne
się nie zmieniają. Dla energii Ψ, a dla koenergii i.
W przetwornikach elektromechanicznych stosuje się zwykle więcej niż jedno uzwojenie. Sa
one wzajemnie powiązane polem magnetycznym, mamy więc do czynienia z układem np. 3.
Energia i koenergia zależą od wartości całego wszystkich strumieni częściowych i prądów.
Przyjmuje się liniowośd strumienia, i energia całego układu jest sumą energii dostarczonej ze
źródeł: ∑W

L

=∫i

1

(Ψ

1

`,0,0)dΨ

1

+∫i

2

(Ψ

1

, Ψ

2

`,0)dΨ

2

+∫i

3

(Ψ

1

, Ψ

2,

Ψ

3

`)dΨ

3

(*wskaźnik ` oznacza

zmienną bieżącą a bez niego ustaloną). Dla koenergii: ∫Ψ

1

(i

1

`,0,0)di

1

+∫Ψ

2

(i

1

, i

2

`,0)di

2

+∫Ψ

3

(i

1

, i

2,

i

3

`)di

3

. po uwzględnieniu linowej zależności strumienia od prądów: W

L

=W

L

`=1/2 (Ψ

1

i

1

+

Ψ

2

i

2

+Ψ

3

i

3

). Używany jest też zapis macierzowy: W

L

=1/2 |i|

t

|L||i|.

7. Podstawowe równania równowagi w układach elektromechanicznych.
Jeżeli do ilościowego opisu przetwornika wybierzemy jako zmienne niezależne elektrycznie
prąd konkretnych obwodów, a jako zmienną mechaniczną kąt obrotu φ to równania
równowagi: dla dowolnych układów elektromechanicznych o stałej strukturze napięd:

j

j

j

j

i

R

U

dt

d







. Równao jest tyle ile jest obwodów niezależnych.

Równanie momentów: d/dt(Jω)=T

z

+T

e

-DΩ, Moment elektromagnetyczny może byd uzyskany

formułą: T

e

=dW’

L

/dφ przy i=const

8.Rola obwodów elektrycznych, magnetycznych i izolacji w przetwornikach energii.
Celem obwodów elektrycznych jest stworzenie wymaganej, niskoprądowej drogi dla prądu
elektrycznego. Celem obwodów magnetycznych jest stworzenie wymaganej drogi w
przestrzeni dla strumienia magnetycznego o małym natężeniu pola H. Celem izolacji
obwodów elektrycznych jest wyznaczenie pożądanych dróg przepływu prądu elektrycznego.
Aby ograniczyd drogę prądu używamy materiałów izolacyjnych. Są to materiały organiczne
polimery oraz mineralne jak szklo i ceramika. Są gorszymi przewodnikami ciepla co utrudnia
oddawanie strat przewodów. Uszkodzenie izolacji doprowadza do zwarcia Dla ograniczenia
prądów wirowych stosuje sie blachy elektrotechniczne o grubości 0,3-0,7 mm. Maja
powiększoną rezystywnośd i powierzchnie pokryte warstwa izolacji

9.Rola obudów, wałów i łożysk w maszynach elektrycznych
Łożyska maszyn o ruchu obrotowym to zwykle łożyska toczne. Bardzo duże maszyny i bardzo
małe budowane są z łożyskami ślizgowymi. Zwykle łożyska umieszczone są w tarczach
łożyskowych mocowanych do obudowy stojana. W ten sposób pozycjonowany jest wirnik
względem stojana. Duże maszyny mają osobne kozły łożyskowe. Centralną częścią wirnika
jest wał, wykonany za stali konstrukcyjnej. Musi on byd odpowiednio sztywny, aby siła
magnetyczna nie doprowadziła do kontaktu wirnika ze stojanem. Typowa odległośd zwana
szczeliną powietrzną wynosi ok 0,3 do 20mm. Kontakt z obwodami na wirniku realizowany
jest poprzez pierścienie metalowe osadzone na wale. Po nich ślizgają się klocki metalowo-
grafitowe zwane szczotkami.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 4 z 18

10.Podstawowe składniki konstrukcji transformatora i ich wzajemne usytuowanie
Zasadniczymi częściami składowymi transformatora są rdzeo i uzwojenia. Rdzeo
transformatora składa się ze słupków (kolumn), na których nawinięte są uzwojenia oraz
części łączące te słupy, zwane jarzmami. Rdzeo i uzwojenia transformatorów olejowych są
zanurzone w kadzi wypełnionej olejem, który ma dobre własności izolacyjne, a jednocześnie,
ze względu na znacznie większą od powietrza przewodnośd cieplną, dobrze odprowadza
ciepło z uzwojeo i rdzenia.

11.Obwodowy schemat zastępczy transformatora jednofazowego

12.Bieg jałowy i zwarcie-parametry decydujące o prądzie i mocy.

Bieg jalowy-brak obciążenia po stronie wtornej (zaciski rozwarte) wtedy parametrem jest
reaktancja Xμ.
prąd strony wtórnej I

2

= 0

prąd strony pierwotnej I

0

= 2-5% I

1N

(prądu znamionowego strony pierwotnej), a więc jest

mały, co pozwala zaniedbad napięcia na elementach R

1

i X

1

, tj.

1 0

0

1

0

1

1 0

1 0

E

I

jX

I

R

E

U









Zmienny strumieo magnetyczny



wywołuje w rdzeniu straty mocy

Fe

R

U

f

B

w

c

f

B

h

c

Fe

P

2

10

2

2

2









Prąd I

Fe

jest w fazie z U

10

, a prąd I



wytwarzający strumieo



jest prądem indukcyjnym (I



i



są w fazie).

*Prąd stanu jałowego

2

2

0



I

Fe

I

I





, przy czym składowa czynna jest znacznie mniejsza

od składowej biernej.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 5 z 18

P

0

I

0

cos



0

U

1

P

0

,I

0

,cos



0

Rys. 9.3.Charakterystyki stanu jałowego

U

1N

P

0N

I

0

Stan zwarcia- podczas zasilania jednego z uzwojeo, drugie jest zwarte. długotrwałe próby w
stanie zwarcia są możliwe tylko przy odpowiednio niskim napięciu; charakterystyczną jego
wartością jest tzw. napięcie zwarcia, tj. takie napięcie po stronie zasilania, aby popłynęły
prądy znamionowe. Jest ono równe

1

2

)

2

'

1

(

2

)

2

'

1

(

I

X

X

R

R

z

U









lub

%

1 0 0

1N

U

z

U

z

U



Wynosi ono zwykle 3-15%.
Próba zwarcia ma na celu wyznaczenie napięcia zwarcia i strat w miedzi uzwojeo
transformatora; z pomiarów zwarcia (pomiarowego) można obliczyd R

T

, X

T

, Z

T

.

Gdyby napięcie zasilające było znamionowe, wówczas prądy w uzwojeniach osiągnęłyby
wartośd ok. 20-30 I

N

i transformator z powodu przegrzania izolacji uległby zniszczeniu

13.Zmiennosc napięcia przy obciążeniu transformatora. Wpływ charakteru odbiornika.
Napięcia dodają się z uwzględnieniem znaku kąta. Zmiennośc napiecia jest to odniesiony do
obwodu pierwotnego spadek napiecia wtornego przy przejsciu stanu jałowego do stanu
obciążenia znamionowego przy danym

2

cos



(jest to spadek napiecia przy obciążeniu

znamionowym)

s

U

U

U







1

2

'

jeżeli odbiornik ma charakter pojemnościowy kąt ma wartośd

dodatnią i

s

U



ma wartośd dodatnią, nap.

'

2

U

jest mniejsze od nap. pierwotnego. Przy

obciążeniu pojemnościowym kąt

2



ma wartośc ujemną i

s

U



ma wartośd ujemną wtedy

'

2

U

ma wartośd większą od nap. pierwotnego

1

U

. Przy obciążeniu pojemnościowym ze

znaczną wartością kąta

2



może nastąpid wzrost napięcia na uzwojeniach transformatora

(nap. wtórne przy obciążeniu może mied wartośc wiekszą od nap. wtórnego w stanie
jałowym.

cos



2pojemnościowy

cos



2

= 1

cos



2indukcyjny

U

2

E

2

I

2

I

2N

Rys. 9.6. Charakterystyki zewnętrzne
U

2

= f(I

2

)

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 6 z 18

14.Warunki współpracy równoległej transformatorów skutki ich nieidealnego doboru

Praca równoległa transformatorów:
jest dopuszczalna tylko wtedy, gdy spełnione są następujące warunki:



równośd napięd wtórnych w stanie jałowym



równośd napięd zwarcia



transformatory są równomiernie obciążone



w stanie bez obciążenia, w uzwojeniach strony wtórnej nie płyną prądy



odpowiednie prądy obciążenia poszczególnych transformatorów są ze sobą w fazie



dla transformatorów wielofazowych - jednakowe grupy połączeo

Do pracy równoległej nie można załączad dowolnych transformatorów. Powinno się je tak
dobierad, by zapewniona była jak najkorzystniejsza współpraca pod względem
ekonomicznym i możliwośd pełnego wykorzystania ich mocy znamionowych.
Właściwy rozdział prądów zapewnia równośd procentowych napiec zwarcia. Normy
zezwalają na współpracę transformatorów, których przekładnie nie różnią się więcej niż
0,5%.Pojawienie się prądów po stronie wtórnej nieobciążonych transformatorów, oznacza
przepływ prądów wyrównawczych i powstanie zbędnych strat mocy w uzwojeniach. Przy
obciążeniu takich transformatorów nie będzie można wykorzystad mocy znamionowych
wszystkich współpracujących transformatorów. Istnieje możliwośd pojawienia się prądów
wyrównawczych.

15.Budowa i charakterystyczne cechy autotransformatora
- posiada jedno uzwojenie z odczepami
- sprawnośd większa od transformatorów ponieważ straty w uzwojeniu są mniejsze z
powodu mniejszej ilości miedzi
- znacznie mniejsze wymiary od dwuuzwojeniowego
- mogą byd stosowane do płynnego podnoszenia napięcia, przy rozruchu silników do
sprzęgania układów sieciowych o niezbyt różnych napięciach.

16. Budowa transformatora 3-fazowego i sprowadzenie do 1-fazy.
Można zestawid 3 tranf a ich uzwojenia połączyd w układ 3-fazowy (b duże moce). Zwykle
buduje się na wspólnym rdzeniu. Łatwiej budowad układ płaski 3-5 kolumnowy. Uzwojenia
każdej ze stron są łączone w gwiazdę lub trójkąt. Wszystkie uzwojenia są sprzężone
magnetycznie. Równanie napięciowe: d/dtΨ =U-Ri. Zakładamy linowośd: Ψ=∑L

kj

i

kj

,

kj=1a,1b,1c,2a,2b,2c.
Dla przypadku symetrycznego układu napięd zasilających można transformator 3-fazowy
sprowadzid do jednej fazy. Używając prądów i napięd fazowych możemy korzystad ze
schematu jak dla 1 fazy. Należy pamiętad: Lμ jest 3/2 razu większa niż dla 1-fazy. Pomiar
parametrów też należy ralizowad prfzy 3-fazowym symetrycznym zasilaniu, za moc jednostki
przyjmuje się max moc poszczególnych uzwojeo.

17. Możliwośd wytwarzania pola magnetycznego ruchomego i cel.
Aby wytworzyd pole magnatyczne wirujące potrzebne jest uzwojenie wielofazowe
(najczęściej trójfazowe) odpowiednio rozmieszczone na obwodzie stojana maszyny. Każdej
chwili suma strumieni poszczególnych faz uzwojenia daje wektor wypadkowy o stałej
wartości wirujący wokół maszyny. Celem wytwarzania pola wirującego jest zmuszenie
wirnika maszyny do ruchu.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 7 z 18

18. Podstawowe schematy budowy maszyny synchronicznej 3-fazowej.
Maszyny synchroniczne buduje się jako 3-fazowe. Uzwojenie twornika jest w stojanie, a
elektromagnesy w wirniku. Magnesy wytwarzają strumieo magnetyczny przechodzący przez
wirnik i stojan. Dzięki ukształtowaniu nabiegunników i ułożeniu uzwojenia magnesującego
otrzymuje się sinusoidalny rozkład indukcji magnetycznej wzdłuż obwodu maszyny.
Jeżeli do uzwojenia twornika jest dołączona impedancja odbiornika to przez uzwojenie płynie
prąd trójfazowy. Maszyna synchroniczna pracuje jako prądnica synchroniczna. Płynący przez
uzwojenie 3-fazowy prąd wytwarza pole wirujące z prędkością n=60f/p, a więc taka sama
prędkośd z jaka wiruje strumieo magnesów względem nieruchomych uzwojeo. Ze względu na
budowę dzielą się na maszyny z biegunami:
-utajonymi: prędkośd obrotowa n=3000, liczba par biegunów p=1, najczęściej są to
generatory napędzane przez turbiny parowe. Wirnik wykonany jest w kształcie walca,
-wydatnymi: prędkośd obrotowa n<1500, liczba par biegunów p>2, przy małej prędkości
obrotowej dopuszczalne są duże średnice (bez obawy narażenia na rozerwanie), są to
maszyny o dużych średnicach i małych długościach.
Konstrukcja stojanów musi zapewnid odpowiednią wytrzymałośd i sztywnośd. Nie ma różnic
budowy (od asynchronicznych) natomiast w turbogeneratorach wyraźne różnice w
uzwojeniach; są zawsze 2-warstwowe, a cewki jednozwojne co jest wymuszone dużym
strumieniem magnetycznym, pręty z jakich wykonane są cewki są dzielone na kilka
składowych. Mają duży przekrój poprzeczny i są odizolowane od siebie i przeplatane.

19.Zastosowanie maszyn synchronicznych w przetwarzaniu energii.
Są to głównie generatory napędzane turbinami parowymi zwane turbogeneratorami.
Napędzane turbinami wodnym hydrogeneratorami prędkości małe.
Budowane są tez silniki zwykle średniej lub dużej mocy o roznej prędkości. Prędkośd maszyny
synchronicznej jest stała ściśle związana z częstością napięcia zasilania. możliwośd
regulowania współczynnika mocy w silniku synchronicznym może służyd do kompensacji
mocy biernej.

20. Sposób transformacji zmiennych dla jawnobiegunowej maszyny synchronicznej.
Osie magnetyczne wirnika z biegunami wydatnymi:
kierunek i zwrot osi d jest zgodny z kierunkiem i zwrotem strumienia magnetycznego
wywołanego prądem wzbudzenia. Kierunek osi q obrócony jest o 90 stopni elektrycznych w
kierunku przeciwnym do kierunku wirowania wirnika. Osie d i q są nieruchome względem
wirnika wirują razem z min. Parametry maszyny po sprowadzeniu do osi d i q stają się stałe.
Moment: (transformacja Parka)

















3

2

240

sin

120

sin

sin

240

cos

120

cos

cos

2

1

2

1

2

1



































































T

Zachodzi związek T T

t

=1.

Nowe zmienne i wymuszenia:

sp

q

d

q

d

i

i

i

i

i

i

i

T

U

U

U

U

U

U

T





























































































0

3

2

1

0

3

2

1

,

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 8 z 18

21. Układ obwodów zastępczych maszyny synchronicznej sprowadzonych do wirnika.

22. Równania napięciowe dla maszyny synchronicznej i wyrażenie momentowe.
d/dtΨ

d

= -R

s

i

d

+ φΨ

q

+ U

d

d/dtΨ

q

= -R

s

i

q

+ φΨ

d

+ U

q

d/dtΨ

w

= -R

w

i

w

+ U

w

wyrażenie na moment: T

e

= ½ i

t

d/dφ M

f

i;

23. Równania napięciowe dla maszyny synchronicznej i wyrażenie momentowe.





























































2

sin

1

1

4

3

sin

2

3

2

0

d

q

m

d

m

m

E

ds

d

qs

s

qs

qs

q

ds

s

ds

X

X

U

X

E

U

P

T

E

i

X

i

R

U

i

X

i

R

U

24. Wzajemny układ wirnika i uzwojeo dla silnika i generatora.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 9 z 18

25. Wykres wskazowy dla generatora cylindrycznego i silnika jawnobiegunowego.
(narysowac wykresy s5.19, na dole)

26. Charakterystyka biegu jałowego i zwarcia generatora synchronicznego

27. Charakterystyki zewnętrzna i regulacji generatora synchronicznego.
Charakterystyka zewnętrzna – określa zmiany napięcia na zaciskach uzwojenia twornika w
zależności od zmian wartości prądu obciążenia, przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej,
stałego współczynnika mocy oraz stałej wartości prądu wzbudzenia.
Charakterystyka regulacyjna – podaje jak należy regulowad prąd wzbudzenia, aby przy
zmianach prądu obciążenia utrzymad stałe napięcie (U=const) na zaciskach prądnicy, przy
zachowaniu współczynnika mocy oraz stałej prędkości oborowej. Przy pracy wirnikowej
wskazuje także prąd wzbudzenia silnika synchronicznego aby przy zmianach prądu
obciążenia tak aby zachowad współczynnik mocy i U=cosnt, f=cosnt, n=cosnt.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 10 z 18

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 11 z 18

28. Parametry stosunkowe X maszyny synchronicznej i zakres zmienności.
Zmienne stosunkowe odnosi się do napięcia nominalnego, a prądy do prądu nominalnego.
U

d

/U

n

=-X

q

/U

n

I

n

; U

q

/U

n

= E/U

n

+ X

d

/U

n

I

n

U

dr

= -X

qr

I

qr

; U

qr

= E

r

+X

dr

I

dr

; napięcie względne: U

r

=U/U

n

; prąd względny: I

r

=i/I

n

; względna

reaktancja stosunkowa: X

r

=X/X

n

Jawnobiegunowa z klatką: X

dr

0,8:1,7 / X

qr

0,5:1,0

Turbogenerator: X

dr

1,5:2,3 / X

qr

~0,9X

dr

Zaletą jest to że przy różnej budowie parametry stosunkowe zmieniają się nieznacznie

29. Podstawowy schemat maszyny i indukcyjnej 3-fazowej.
Zasilanie jednej ze strony i wykorzystanie efektu indukowania się prądów w zamkniętym
obwodzie drugiej strony, gdy porusza się względem pola.
Nieruchomy elektromagnes (zasilany prądem stałym) wytwarza siłę hamującą przewodzącą
tarczę, gdy się ona obraca. Prądy w litym materiale tarczy zwane są prądami wirowymi.
Gdy elektromagnes będzie się obracał dookoła osi tarczy, wytwarzany moment przyciągnie
tarczę. Jest to sprzęgło indukcyjne.
Maszyna indukcyjna to ruchowe pole magnetyczne wytworzone przez nieruchowe uzwojenie
(stojan), które jest sprzężone ze zwartymi obwodami wirnika, ruchome pole można
wytworzyd uzwojeniem rozmieszczonym co 120

o

(dla p=1). Wirnik także jest 3-fazowo

uzwajany (m.pierścieniowa) Lu b ze zwartą klatką (m.klatkowa)

30. Transformacja zmiennych S doprowadzająca do uroszczenia równao.
Uproszczenie postaci równao uzyskuje się transformując zmienne z zastosowaniem
transformacji S



2

3

2

2

;

1

1

1

1

1

3

1

j

e

a

a

a

a

a

S

























31. Sposób sprowadzania zmiennych wirnikowych do stojana i interpretacja.
Należy przeliczyd zmienne przez przekładnię.

uzwojenia

k

wspóczynni

k

zwojów

liczba

z

k

z

k

z

w

w

s

s









Nowe zmienne wirnikowe i parametry.

w

w

w

w

w

w

w

w

L

L

R

R

u

u

i

i













2

2

'

;

'

'

;

1

'











Gdy nieistotny jest czasowy przebieg zmiennych wirnikowych to wygodnie jest wprowadzid
nowe zmienne.









j

I

w

I

j

I

w

I

e

U

U

oraz

e

i

i

'

'





Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 12 z 18

32. Schemat zastępczy obwodowy maszyny indukcyjnej w stanie ustalonym.

33. Wyrażenie określające moment elektromagnetyczny maszyny indukcyjnej.

 

 



































2

2

2

1

0

'

'

3

zw

s

s

w

w

s

s

e

X

R

c

s

R

s

R

c

U

p

T



34. Zależnośd mocy, prądu, sprawności od prędkości maszyny indukcyjnej.

0

1

2

3

4

5

6

7

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

I [A]

ω [obr/min]

ω(I)

Cos tu trzeba dorysowad.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 13 z 18

35. Możliwośd wyliczenia parametrów maszyny indukcyjnej z danych.
Schemat do obliczeo danych (łatwiejsze obliczenie danych z biegu jałowego i zwarcia)
identyfikacja metodą dopasowania charakterystyk prądowych lub momentowych nie
wymaga uproszczeo charakterystyki. Potrzebne jest odpowiednie oprogramowanie i sprzęt
komputerowy.
T

n

=P

n

30/n

n



, Tm=pmTn,

ω=n

n

Π/30





2

1

sin

2

1

'

'

8

,

0

2

3

1

;

0

0

'

0

2

2

2

0

0





























n

n

z

w

s

w

s

z

k

w

m

s

n

z

m

m

n

k

n

n

n

I

I

I

U

X

X

X

X

R

R

X

s

R

T

c

pU

X

p

p

s

s

p

s

z

p























36. wpływ parametrów zasilania na charakterystyki maszyny indukcyjnej.
U

s

- zmiana T

m

kwadratowa, a prad liniowo

f

0

- zmiana omega liniowo, Sk odwrotnie

fazy - zmiana znaku
R

w

- zmaiana s

k

liniowo, zmniejszenie prądu

X

z

- zmiana s

k

odwrotnie, Tm odwrotnie

R

S

- spadek T

m1

, wzrost T

m2

U

W

- przesunięcie charakterystyki na osi



37. Podstawowe schematy budowy maszyny komutatorowej
Pierwsze konstrukcje miały uzwojenie na powierzchni wirnika Siła F=B*i*l Sem E=B*v*l
Kierunek prądu w zwoju zależy od położenia wirnika

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 14 z 18

38. Budowa i efekt działania komutatora.
1- bieg jalowy 2-uzwojenie biegu jałowego 3- bieg komutacyjny 4-uzwojenie biegu
komutacyjnego 5- uzwojenie twornika w żłobku 6- szczotka 7-twornik 8- komutator 9-jarzmo
Zastosowanie maszyny komutatorowej:
Generatory, silnika napięcia stałego, silniki napięcia przemiennego 1-fazowego, makrosilniki,
silniki wykonawcze
Maszyny dużych mocy mają często uzwojenie kompensacyjne umiesczone w żłobkach,
wykonywanych w nabiegunnikach biegunów głównych. Blacha ma kształt jak ten na rysunku
poniżej

Z komutatorem współpracują szczotki, tworzy sie więc ruchomy zestyk miedź-szczotka, przez
który przepływają różne prądy. Proces przewodzenia pradu przez taki zestyk jest nazywany
procesem kolekcji, natomiast zjawiska towarzyszące zmianom prądów w cewkach
połaczonych z działkami komutatora nazywamy komutacją. Komutacja jest ściśle związana z
pracą zestyku szczotkowego. Związane z nią przebiegi elektromagnetyczne sprawiają, że
zestyk szczotkowy często wykazuje tendencje do iskrzenia. Przy projektowaniu maszyny
przewiduje sięróżne metody zapobiegania temu zjawisku.Zadaniem komutatora jest
przełączanie kierunku przepływu prądu w uzwojeniach tak aby oddziaływanie z polem
magnetycznym stojana wprawiło wirnik w ruch obrotowy.

Istotną dla właściwości maszyny jest sytuacja na środkowym rysunku gdy szczotka zwiera
dwie działki komutatora. W jednym okresie komutacji konfiguracja obwodów nie ulega
zmianie co daje podstawę do zastosowania funkcji energetycznej Lagrangea i równao Eulera
w postaci jak dla układów holonomicznych.
Łaczne założenia dotyczące modelu takiej maszyny komutatorowej:
-budowa o dwóch osiach symetrii
-para średnicowych szczotek o szerokości podziałki komutatora
-geometria układu powtarza się po obrocie wirnika o kat jednej działki
-w zakresie kąta jednej działki konfiguracja obwodów jest stała
-dwa zwoje komutacyjne zastępuje się jednym o prądzie sumarycznym
-obwód magnetyczny jest liniowy

39. Układ podstawowych obwodów w zastępczych w maszynie komutatorowej.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 15 z 18

40. Równania napięciowe maszyny komutatorowej.























































wt

t

w

e

t

t

t

wt

w

t

t

w

w

w

w

w

M

i

i

T

U

i

R

M

i

i

dt

d

L

U

i

R

i

dt

d

L

 

 

w

t

em

w

t

t

t

w

w

w

Mi

i

T

Mi

i

R

U

i

R

U











41.Charakterystyki ruchowe silników komutatorowych obcowzbudnych.
Charakterystyka biegu jałowego prądnicy jest linia prosta ale w wyniku nasycenia i
wystapienia sily elektromotorycznej remanentu Ear oraz zjawiska histerezy magnetycznej
zakrzywi sie nieznacznie

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 16 z 18

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 17 z 18

42.Równania napięciowe i własności silników komutatorowych szeregowych.
Taki silnik charakteryzuje się dużą zależnościa prędkości obrotowej od obciążenia
zmniejszenie obciążenia powoduje wzrost prędkości (teoretycznej do nieskooczoności) i
grozi to rozbieganiem silnika dlatego nie włącza się ich bez obciążenia, posiadają moment
rozruchowy.

43.Budowa i własności silników komutatorowych uniwersalnych
Są to silniki prądu zmiennego. Rdzeo wykonany w formie pakietów z cienkich blaszek .Taki
silnik moze byc zasilany pradem zmiennym i stalym .Tego typu silniki są stosowane w
sprzecie gospodarstwa domowego oraz w elektornarzedziach. W silniku takim, zasilanym
napięciem przemiennym, prąd zmienia się periodycznie, równocześnie w uzwojeniu twornika
i uzwojeniu wzbudzenia, zatem kierunek działania momentu pozostaje nie zmieniony.
Różnica konstrukcyjna między zwykłym silnikiem szeregowym prądu stałego a silnikiem
uniwersalnym polega na tym, że zarówno wirnik, jak i obwód magnetyczny stojana są
wykonane w całości z blach magnetycznych.

Maszyny elektryczne - Egzamin

Strona 18 z 18

1. Usytuowanie maszyn elektrycznych w procesach przemiany energii.
2.Zjawiska fizyczne wykorzystywane w podstawowych przetwornikach
elektromechanicznych
3.Rola stopów żelaza w maszynach elektrycznych
4.Objętościowa gęstośd energii magnetycznej w różnych środowiskach fizycznych.
5.Wyrażenie na energię sumaryczną poszczególnych elementów skupionych.
6. Koenergia w elementach skupionych i jej związek z energią.
7. Podstawowe równania równowagi w układach elektromechanicznych.
8.Rola obwodów elektrycznych, magnetycznych i izolacji w przetwornikach energii.
9.Rola obudów, wałów i łożysk w maszynach elektrycznych
10.Podstawowe składniki konstrukcji transformatora i ich wzajemne usytuowanie
11.Obwodowy schemat zastępczy transformatora jednofazowego
12.Bieg jałowy i zwarcie-parametry decydujące o prądzie i mocy.
13.Zmiennosc napięcia przy obciążeniu transformatora. Wpływ charakteru odbiornika.
14.Warunki współpracy równoległej transformatorów skutki ich nieidealnego doboru
15.Budowa i charakterystyczne cechy autotransformatora
16. Budowa transformatora 3-fazowego i sprowadzenie do 1-fazy.
17. Możliwośd wytwarzania pola magnetycznego ruchomego i cel.
18. Podstawowe schematy budowy maszyny synchronicznej 3-fazowej.
19.Zastosowanie maszyn synchronicznych w przetwarzaniu energii.
20. Sposób transformacji zmiennych dla jawnobiegunowej maszyny synchronicznej
21. Układ obwodów zastępczych maszyny synchronicznej sprowadzonych do wirnika.

22. Równania napięciowe dla maszyny synchronicznej i wyrażenie momentowe.
23. Równania napięciowe dla maszyny synchronicznej i wyrażenie momentowe
24. Wzajemny układ wirnika i uzwojeo dla silnika i generatora.
25. Wykres wskazowy dla generatora cylindrycznego i silnika jawnobiegunowego.
26. Charakterystyka biegu jałowego i zwarcia generatora synchronicznego
27. Charakterystyki zewnętrzna i regulacji generatora synchronicznego.
28. Parametry stosunkowe X maszyny synchronicznej i zakres zmienności.
29. Podstawowy schemat maszyny i indukcyjnej 3-fazowej.
30. Transformacja zmiennych S doprowadzająca do uroszczenia równao.
32. Schemat zastępczy obwodowy maszyny indukcyjnej w stanie ustalonym.
31. Sposób sprowadzania zmiennych wirnikowych do stojana i interpretacja.
33. Wyrażenie określające moment elektromagnetyczny maszyny indukcyjnej.
34. Zależnośd mocy, prądu, sprawności od prędkości maszyny indukcyjnej.
35. Możliwośd wyliczenia parametrów maszyny indukcyjnej z danych.
36. wpływ parametrów zasilania na charakterystyki maszyny indukcyjnej.
37. Podstawowe schematy budowy maszyny komutatorowej
38. Budowa i efekt działania komutatora.
39. Układ podstawowych obwodów w zastępczych w maszynie komutatorowej.
40. Równania napięciowe maszyny komutatorowej.
41.Charakterystyki ruchowe silników komutatorowych obcowzbudnych.
42.Równania napięciowe i własności silników komutatorowych szeregowych.
43.Budowa i własności silników komutatorowych uniwersalnych