Wykaz zagadnień z przedmiotu

Elektromechaniczne Przetwarzanie Energii,

obowiązujących do egzaminu z tego przedmiotu w roku akad. 2011/12

1. Warunki elektromechanicznego przetwarzania energii konieczne, wystarczające i

dodatkowe (tzn. wymagania stawiane konstrukcjom przetworników).

2. Metody obliczania sił i momentów w elektromechanicznych przetwornikach energii:

• metoda globalna, oparta na zasadzie zachowania energii,

• metody lokalne wykorzystujące efekty naprężeń powierzchniowych.

3. Energia i koenergia nieliniowego i liniowego układu uzwojeń sprzężonych magnetycznie.

4. Konstrukcja elektromechanicznych przetworników energii o ruchu obrotowym, elementy

obwodu magnetycznego, rozkład przestrzenny zezwojów uzwojeń, cel tego rozkładu.

5. Pole magnetyczne w szczelinie powietrznej elektromechanicznego przetwornika

energii o ruchu obrotowym - metoda obliczeń. Funkcja przepływu, funkcja permeancji

jednostkowej szczeliny powietrznej, rozkład natężenia pola magnetycznego oraz indukcji w

szczelinie.

6. Strumień wektora indukcji magnetycznej i strumień sprzężony z uzwojeniem.

Indukcyjności uzwojeń elektromechanicznych przetworników energii - metoda obliczeń,

uwzględnienie rozkładu uzwojenia przy obliczaniu strumienia sprzężonego z uzwojeniem.

7. Generatory trójfazowe prądu przemiennego synchroniczne - konstrukcja generatora z

cylindrycznym rotorem, zasada działania, wykres wskazowy, schemat zastępczy, reaktancja

oddziaływania twornika, reaktancja rozproszenia, reaktancja synchroniczna. Warunki w

jakich wytwarzane są trójfazowe napięcia przemienne (sinusoidalne) i utrzymywany ich

kształt w obciążonym generatorze.

8. Dwuosiowy model 3-fazowej maszyny synchronicznej jawnobiegunowej - równania

dla stanów dynamicznych we współrzędnych 0dq, macierz transformacyjna, cel stosowania

transformacji współrzędnych

9. Opis 3-fazowej maszyny synchronicznej jawnobiegunowej współpracującej z siecią

energetyczną w stanie ustalonym, pole wirujące, wykres wskazowy, kąt mocy, praca

silnikowa i prądnicowa, regulacja współczynnika mocy, krzywe V.

10. Opis 3-fazowego generatora synchronicznego jawnobiegunowego współpracującego z

siecią wydzieloną w stanie ustalonym, podstawowe charakterystyki: biegu jałowego,

zwarcia, zewnętrzna, regulacyjna.

11. Warunki dodatkowe przetwarzania energii w maszynie synchronicznej.

12. Trójfazowe maszyny indukcyjne - budowa, rodzaje, zasada działania silnika, definicja

poślizgu. Opis maszyny indukcyjnej zasilanej z symetrycznej sieci 3-fazowej przy stałej

prędkości obrotowej w stanie ustalonym - schemat zastępczy, równanie charakterystyki

mechanicznej, przebieg tej charakterystyki dla typowych maszyn, zakres pracy silnikowej,

prądnicowej i hamulcowej.

13. Warunki dodatkowe przetwarzania energii w maszynie indukcyjnej, regulacja prędkości,

problemy i metody rozruchu, straty poszczególne i sprawność.

14. Trójfazowe maszyny indukcyjne - model matematyczny w przestrzeni 0dq dla stanów

dynamicznych, macierz transformacyjna, cel stosowania transformacji współrzędnych.

15. Maszyny z komutatorem - budowa, uzwojenia wirnika, rola komutatora w tworzeniu

magnetycznej konfiguracji wirnika. Równania dynamiki maszyny z jedną parą szczotek

„prawidłowo ustawionych”.

16. Podstawowe typy maszyn komutatorowych prądu stałego - warunki dodatkowe

przetwarzania energii, charakterystyki mechaniczne silników szeregowych i

obcowzbudnych, regulacja prędkości, problemy i metody rozruchu.

17. Silniki komutatorowe szeregowe prądu przemiennego (uniwersalne) - równania,

charakterystyki mechaniczne, warunki dodatkowe przetwarzania energii.

18. Budowa i schemat zastępczy transformatora jedno- i trójfazowego, parametry schematu

zastępczego, napięcie zwarcia, zmienność napięcia.

19. Ogólne zasady elektromechanicznego przetwarzania energii: zasada najmniejszego

działania Hamiltona, funkcja Lagrange'a, równania Eulera- Lagrange'a (wg

podrozdziału 1.3 i Dodatku D1.3 podręcznika [1]).

20. Równania dynamiki prostych układów elektromechanicznych (wg Dodatku 2

podręcznika [1]).

21. Podstawowe typy elektromaszynowych elementów wykonawczych automatyki i robotyki:

silniki skokowe, reduktorowe, reluktancyjne, komutatorowe (wg podrozdziałów 4.4, 5.6.2,

5.6.3, 6.8 oraz rozdziału 7 podręcznika [1] oraz Wykładu XIV i XV skryptu [2]).

Literatura:

1. J.Skwarczyński, Z.Tertil: Elektromechaniczne przetwarzanie energii. Uczelniane

Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2000.

2. J.Skwarczyński: Wykłady z Maszyn Elektrycznych. Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne

PWSZ w Tarnowie, Tarnów 2007.

Przykładowe pytania egzaminacyjne z zakresu elektromechanicznego przetwarzania energii znajdują się na stronie internetowej:

http://www.eaie.agh.edu.pl/files/409/Maszyny_elektryczne_v2.pdf

Przykłady prostych zadań z tego zakresu przedstawiono poniżej. Ewentualne niejasności proszę wyjaśniać z prowadzącymi zajęcia z EPE.

Transformator trójfazowy 6000/400V obciążony jest prądem znamionowym przy cosφ ≈ 0poj. Jakie napięcie ustali się na uzwojeniach strony wtórnej, jeśli napięcie zwarcia wynosi 5%, a strona pierwotna zasilana jest napięciem znamionowym?

a) ok. 420V

b) ok. 380V

c) ok.400V

d) ok.410V

Transformator trójfazowy S_N = 350kVA, U_N1 = 6kV, U_N2 = 430V, ma następujące parametry schematu zastępczego:
,
,
,
,
.

Ile wynosi napięcie zwarcia tego transformatora?

Odp. 5%

Silnik indukcyjny wytwarza moc mechaniczną 250kW wirując z poślizgiem s = 0,1. Straty w uzwojeniach wirnika wynoszą:

a) 25kW

b) 27,8kW

c) 2,5kW

d) 5kW

Silnik indukcyjny ma znamionową przeciążalność 2 i poślizg krytyczny 0,1. Poślizg

znamionowy silnika wynosi:

a) 0.0268

b) 0,373

c) 0,025

d) 0,05

Silnik indukcyjny pierścieniowy ma następujące parametry schematu zastępczego:
,
,
,
,
, l.par biegunów p_b = 3. Ile wynosi moment maksymalny rozwijany przez silnik zasilany napięciem znamionowym U_N = 400V (trójkąt), f = f_N = 50Hz?

Odp. 1694Nm

Silnik indukcyjny pierścieniowy ma następujące parametry schematu zastępczego:
,
,
,
,
, l.par biegunów p_b = 3. Ile wynosi poślizg krytyczny silnika zasilanego napięciem o częstotliwości znamionowej f = f_N = 50Hz, jeśli do wirnika włączono rezystancje dodatkowe
?

Odp. 1,32

Silnik indukcyjny pierścieniowy ma następujące parametry schematu zastępczego:
,
,
,
,
, l.par biegunów p_b = 3. Silnik jest obciążony momentem T_m = - 750Nm. Ile wynosi prędkość silnika?

Odp. 974obr/min

Silnik indukcyjny pierścieniowy ma następujące parametry schematu zastępczego:
,
,
,
,
, l.par biegunów p_b = 3. Jaki moment rozwija silnik jeśli wirnik obraca się z prędkością 950obr/min?

Odp. 1200Nm

Parametry schematu zastępczego trójfazowego silnika indukcyjnego wynoszą:
,
,
,
,
. Liczba par biegunów p_b = 2, uzwojenia stojana połączone w trójkąt zasilane są trójfazowym napięciem przemiennym 500V o częstotliwości f_N = 50Hz. Ile wynosi moc mechaniczna wydawana przy prędkości kątowej wirnika 153,4s^-1 ?

Generator synchroniczny cylindryczny S_N = 1,2MVA, U_N = 6000V(gwiazda), X_s = 49ၗ,

cosၪ_N = 0,85. Ile wynosi kąt mocy w warunkach znamionowych?

Napięcie znamionowe (fazowe) jawnobiegunowego generatora synchronicznego wynosi 252V, reaktancja synchroniczna podłużna 10Ω, reaktancja synchroniczna poprzeczna 7Ω. Ile wynosi ustalony prąd zwarcia tego generatora, jeśli wzbudzony jest prądem wywołującym na biegu jałowym sem równą napięciu znamionowemu:

a) 25,2A

b) 36A

c) 29,65A

d) 20,6A

Indukcyjność synchroniczna modelu dwuosiowego maszyny synchronicznej L_s = 3,2mH, wartość maksymalna indukcyjności wzajemnej uzwojenia wzbudzenia i twornika M_m = 65mH. Ile wynosi moc przetwarzana przy kącie mocy (ိ20 stopni), prądzie wzbudzenia 35A oraz trójfazowym napięciu przemiennym zasilającym uzwojenia stojana połączone w gwiazdę

U_s = 400V (międzyprzewodowe, 50Hz) ?

Odp. P_e = (silnik/prądnica), Q_e = (pobierana z sieci indukcyjna/pojemnościowa)

Generator synchroniczny cylindryczny S_N = 1,2MVA, U_N = 6000V(gwiazda), cosၪ_N = 0,85, X_sr = 1,6, X_σsr = 0,09. Ile wynosi sem oddziaływania twornika w stanie znamionowym?

Silnik komutatorowy prądu stałego obcowzbudny P_N = 55kW, U_tN = 440V, U_wN = 220V, R_(t+bk) = 0,083Ω, R_w = 44Ω, indukcyjność wzajemna uzwojeń wirnika i wzbudzenia (wartość maksymalna) M_tw = 0,715H. Szczotki ustawione są poprawnie. Ile wynosi prędkość na biegu jałowym silnika zasilanego napięciami znamionowymi ?

Odp. 123s^-1

Silnik komutatorowy prądu stałego obcowzbudny P_N = 55kW, U_tN = 440V, U_wN = 220V, R_(t+bk) = 0,083Ω, R_w = 44Ω, indukcyjność wzajemna uzwojeń wirnika i wzbudzenia (wartość maksymalna) M_tw = 0,715H. Szczotki ustawione są poprawnie. Ile wynosi prędkość silnika obciążonego momentem 350Nm, jeśli U_t = 300V i U_w = 190V?

Odp. 94,5s^-1

Silnik komutatorowy prądu stałego szeregowy P_N = 300kW, U_N = 600V, R_(t+w+bk) = 0,073Ω, indukcyjność wzajemna uzwojeń wirnika i wzbudzenia (wartość maksymalna) M_tw = 0,011H. Szczotki ustawione są poprawnie. Ile wynosi prędkość i prąd silnika obciążonego momentem 800Nm i zasilanego napięciem stałym 400V?

---