Detail předmětu

Elektrické stroje

FEKT-BPC-ESBAk. rok: 2024/2025

Kurz se zaměřuje na principy, konstrukci a provoz elektrických strojů, klíčových pro moderní mobilitu, elektrotechniku a průmyslové aplikace. Úvod pokrývá základy magnetismu a jejich rovnice, následuje podrobná analýza transformátorů, včetně konstrukce, principů činnosti a jejich reálných vlastností. Další část je věnována točivým elektrickým strojům, jako jsou asynchronní a synchronní stroje, se zaměřením na tvorbu momentu, generování točivého magnetického pole, vinutí, provozní charakteristiky a regulaci. Součástí je i problematika synchronních strojů s vyniklými póly a permanentními magnety. Kurz zahrnuje moderní trendy, v oblasti užití elektrických strojů pro elektrifikaci dopravy.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Vstupní znalosti

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Laboratorní cvičení - 30 bodů
Závěrečná písemná zkouška - 70 bodů 

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.
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.

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  1. Úvod a motivace, Základy elektromagnetismu v elektrických strojích
  2. Stejnosměrné stroje - konstrukce, princip činnosti, cize buzený stroj
  3. Transformátor – konstrukce, princip činnosti a ideální transformátor.
  4. Transformátor – Reálný transformátor, náhradní schéma, základní rovnice a trojfázové transformátory. Poměrné jednotky
  5. Točivé elektrické stroje – Úvod, Produkce momentu, vznik točivého magnetického pole
  6. Točivé elektrické stroje – Vinutí střídavých točivých strojů
  7. Asynchronní stroj – konstrukční provedení, princip činnosti, náhradní obvod.
  8. Asynchronní stroj – fázorový diagram a provozní charakteristiky. Spouštění trojfázových asynchronních motorů ze sítě, regulace otáček a jednofázové asynchronní stroje.
  9. Synchronní stroj – Princip činnosti, konstrukční provedení, fázorové diagramy.
  10. Synchronní stroj – Teorie stroje s hladkým rotorem. Momentová charakteristika, synchronní stroj pracující do samostatné zátěže a paralelně se sítí.
  11. Synchronní stroj – Synchronní stroje s vyniklými póly a s permanentními magnety.
  12. Moderní trendy ve vývoji elektrických strojů
  13. Rezerva/Opakování učiva; KT2 – Točivé elektrické stroje

Laboratorní cvičení

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  1. Zásady bezpečnosti při práci v laboratoři. Seznámení s laboratoří – procvičení zapojování
  2. L1 – Stejnosměrné stroje
  3. L2 – Transformátory
  4. L3 – Asynchronní motory
  5. Náhradní měření


Cvičení odborného základu

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  1. N1 – Magnetické obvody a magnetismus v el. strojích, stejnostměrné stroje
  2. N2 – Transformátory.
  3. N3 – Produkce momentu, vznik točivého magnetického pole a vinutí střídavých elektrických strojů.
  4. N4 – Asynchronní stroj.
  5. N5 – Synchronní stroj.
  6. N6 – Rezerva/Opakování učiva
 

Elearning