Detail předmětu

Elektrické stroje

FEKT-BPC-ESBAk. rok: 2024/2025

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 vyš ších 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)

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

Kontrolní testy - 20 bodů
Laboratorní a počítačové cvičení - 10 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)

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

doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

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.