Detail předmětu

Elektrické stroje

FEKT-BPC-ESBAk. rok: 2022/2023

Základní zákony a vztahy používané v teorii elektrických strojů. Magnetické obvody elektrických strojů. Základní napěťové rovnice, náhradní schémata, fázorové diagramy, zapojení jednotlivých druhů el. strojů. Energetická bilance, určení ztrát a účinnosti. Výpočet momentu. Provozní vlastnosti jednotlivých druhů el. strojů. Nesymetrické zatížení. Vliv vyšších harmonických. Základní charakteristiky. Zvláštnosti při provozu jednotlivých druhů strojů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat hlavní části elektrických strojů,
- znát třídy izolací a provedení elektrických strojů,
- popsat konstrukci transformátoru,
- vyjmenovat a vysvětlit druhy ztrát v transformátoru,
- pochopit a vysvětlit činnost jednofázových a vícefázových transformátorů,
- určit na základě měření parametry náhradního obvodu transformátoru,
- nakreslit a vysvětlit fázorový diagram transformátoru naprázdno, nakrátko a při zatížení,
- zapojit vinutí a změřit hodinový úhel transformátoru,
- vysvětlit a určit napěťovou regulaci transformátoru,
- popsat konstrukci a princip činnosti třífázového asynchronního stroje s vinutou kotvou a kotvou nakrátko,
- vysvětlit vznik točivého magnetického pole,
- vyjmenovat základní typy vinutí střídavých strojů,
- nakreslit průběh magnetického pole vinutí rozloženého ve více drážkách,
- nakreslit náhradní schéma asynchronního stroje, odvodit moment a nakreslit momentovou charakteristiku,
- popsat způsoby připojení asynchronního motoru na síť a možnosti regulace otáček,
- popsat konstrukci, princip činnosti a vlastnosti jednofázových asynchronních motorů,
- vysvětlit princip činnosti synchronního stroje s hladkým rotorem a popsat jeho konstrukci,
- vysvětlit reakci kotvy stroje s hladkým rotorem,
- nakreslit zjednodušené obvodové schéma, odvodit momentovou rovnici a nakreslit fázorový diagram a momentovou charakteristiku,
- vysvětlit pomocí fázorových diagramů práci generátoru do samostatné zátěže a s tvrdou sítí,
- vysvětlit práci synchronního kompenzátoru,
- popsat konstrukční provedení a vysvětlit princip činnosti stejnosměrného stroje,
- popsat základní druhy vinutí kotvy stejnosměrného stroje,
- odvodit vztahy pro indukované napětí a moment a vysvětlit reakci kotvy,
- vysvětlit provozní vlastnosti stejnosměrných dynam a motorů,
- vysvětlit princip činnosti a popsat konstrukci jednofázových komutátorových motorů.

Prerekvizity

Student by měl být schopen:
- definovat a vysvětlit pojmy elektromagnetické pole, elektrické pole, magnetické pole, obvody se soustředěnými a rozprostřenými parametry,
- řešit stejnosměrné, střídavé obvody a magnetické obvody,
- řešit vícefázové střídavé obvody,
- definovat a vysvětlit pojmy práce a energie,
- definovat a vysvětlit pojmy vlastní a vzájemná indukčnost, energie jedné cívky a soustavy cívek, hustota a vznik síly v magnetickém a elektrickém poli,
- popsat a vysvětlit základní vlastnosti magnetických materiálů včetně permanentních magnetů.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Kontrolní testy - 20 bodů
Laboratorní a počítačové cvičení - 10 bodů
Závěrečná písemná zkouška - 70 bodů

Osnovy výuky

1. Úvod, motivace, opakování základů magnetismu a řešení magnetických obvodů.
2. Transformátory. Ideální transformátor, reálný transformátor, základní rovnice.
3. Princip činnosti a konstrukce výkonových transformátorů.
4. Trojfázové transformátory, zapojování vinutí, paralelní chod.
5. Magnetický obvod a vinutí elektrických strojů točivých. Princip činnosti Asynchronního stroje, vznik točivého pole.
6. Náhradní obvod, základní rovnice a momentová charakteristika. 
7. Spouštění trojfázových asynchronních motorů ze sítě, regulace otáček.
8. Jednofázový asynchronní motor. Trojfázový asynchronní motor na jednofázové síti.
9. Synchronní stroj. Princip činnosti, konstrukční provedení.
10. Teorie stroje s hladkým rotorem. Momentová charakteristika, synchronní stroj pracující do samostatné zátěže a paralelně se sítí.
11. Synchronní stroje s vyniklými póly a s permanentními magnety.
12. Stejnosměrné stroje. Princip činnosti a konstrukční provedení, odvození základních rovnic.
13. Provozní vlastnosti stejnosměrných strojů v ustáleném režimu.

 

Učební cíle

Seznámit studenty s principem činnosti a provozními vlastnostmi transformátorů, asynchronních strojů, stejnosměrných strojů a synchronních strojů. Získané teoretické vědomosti ověřit v laboratoři měřením provozních vlastností elektrických strojů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Fitzgerald,Kingsley,Kusko::Electric Machinery,McGraw-Hill
Hrabovcová, V., Rafajdus, P.: Elektrické stroje. Teória a príklady, EDIS ŽU v Žiline, ISBN: 978-80-554-0101-0 (CS)
Měřička,Haňka,Voženílek.::Elektrické stroje,ČVUT Praha
O'Kelly:Performance and Control of Electrical Machines,McGraw-Hill
P. C. Sen: Principles of Electric Machines and Power Electronics, ISBN: 9781118078877 (EN)
Stephen Umans: Fitzgerald & Kingsley's Electric Machinery 7th Edition, ISBN: 978-0073380469 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-SEE bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Osnova

1. Úvod a motivace
    Magnetismus – opakování a řešení magnetických obvodů.
2. Transformátor – konstrukce, princip činnosti a ideální transformátor.
3. Transformátor – Reálný transformátor, náhradní schéma, základní rovnice.
4. Transformátor – Trojfázové transformátory, zapojování vinutí a paralelní chod.
5. Produkce momentu, vznik točivého magnetického pole a vinutí střídavých elektrických strojů.
6. Asynchronní stroj – konstrukční provedení, princip činnosti, náhradní obvod.
7. Asynchronní stroj – fázorový diagram a provozní charakteristiky.
8. Asynchronní stroj – spouštění trojfázových asynchronních motorů ze sítě, regulace otáček a jednofázové asynchronní stroje.
    Synchronní stroj – Princip činnosti, konstrukční provedení, fázorové diagramy.
9. Synchronní stroj – Teorie stroje s hladkým rotorem. Momentová charakteristika, synchronní stroj pracující do samostatné zátěže a paralelně se sítí.
10. Synchronní stroj – Synchronní stroje s vyniklými póly a s permanentními magnety.
11. Stejnosměrný stroj – Princip činnosti a konstrukční provedení, odvození základních rovnic.
12. Stejnosměrný stroj – Provozní vlastnosti stejnosměrných strojů v ustáleném režimu.
13. Elektrické stroje v elektrifikaci dopravy - Přehled moderních trendů. 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Iveta Lolová
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.
Ing. Vladimír Bílek
Ing. Miroslav Mrajca
Ing. Dávid Rúra

Osnova

1.  Zásady bezpečnosti při práci v laboratoři. Seznámení s laboratoří – procvičení zapojování.
2.  N1 – Magnetické obvody.
3.  N2 – Transformátory.
4.  L1 – Transformátory: náhradní parametry, zatěžování a účinnost transformátoru.
5.  KT1 – Magnetické obvody a transformátory.
6.  N3 – Produkce momentu, vznik točivého magnetického pole a vinutí střídavých elektrických strojů.
7.  N4 – Asynchronní stroj.
8.  L2 – Asynchronní motor – momentová charakteristika.
9.  L3 – Asynchronní motor – rozdělení ztrát a výpočet parametrů náhradního schématu.
10. N5 – Synchronní stroj.
11. KT2 – Asynchronní a synchronní stroje.
12. L4 – Stejnosměrný stroj.
13. Náhradní měření. 


Kde: N – numerické cvičení, L – laboratorní cvičení, KT – kontrolní test. 

 

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz