МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель Департамента образовательных
программ и стандартов профессионального
образования
_________________________ Л.С. Гребнев
______________________________ 2001 г.
Примерная программа дисциплины
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Рекомендуется Минобразованием России для
направления подготовки дипломированного
специалиста 660300 - "Агроинженерия"
(специальность 311400 - Электрификация и
автоматизация сельского хозяйства
)
Программу составил
д-р техн. наук, проф. Забудский Е.И.
Москва 2001
1. Цель и задачи дисциплины
Цель
- формирование системы знаний по электрическим машинам, применяемым для электрификации технологических процессов в сельском хозяйстве.Задачи - изучение основ теории, устройства, рабочих свойств электрических машин и области их применения.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен знать
:- значение электрических машин для электрификации и автоматизации сельского хозяйства;
- общие вопросы теории электромеханического преобразования энергии;
- конструктивные исполнения, параметры и режимы работы электрических машин, основные характеристики электрических двигателей, генераторов и преобразователей, эксплуатационные требования к ним;
- тенденции развития электрических машин.
Студент должен уметь
:- подключать и испытывать электрические машины и трансформаторы;
- рассчитывать, измерять и анализировать параметры и основные характеристики электрических машин и трансформаторов применительно к потребностям агропромышленного комплекса.
Студент должен обладать навыками расчета и выбора электрических машин и трансформаторов для реализации технологий с.-х. производства.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Вид учебной работы |
Всего часов |
Семестр |
|
|
5 |
6 |
||
|
Общая трудоемкость дисциплины |
200 |
|
|
|
Аудиторные занятия |
136 |
* |
* |
|
Лекции |
|
* |
* |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
* |
* |
|
|
Самостоятельная работа |
64 |
* |
* |
|
Вид итогового контроля |
|
|
экзамен |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
|
№ п/п |
Раздел дисциплины |
Лекции |
Лабораторные работы |
|
|
Введение в электромеханику |
* |
|
|
1 |
* |
* |
|
|
2 |
Общие вопросы теории электромеханического преобразования энергии |
* |
|
|
3 |
Асинхронные машины |
* |
* |
|
4 |
* |
* |
|
|
5 |
* |
* |
4.2. Содержание разделов дисциплины
Введение в электромеханику
Значение электрических машин и трансформаторов для электрификации и автоматизации сельского хозяйства и для электроэнергетики в целом.
Краткая история развития электрических машин и трансформаторов и задачи электромашиностроения на современном этапе.
Материалы, применяемые в электромашиностроении.
Основные типы электрических машин и общие принципы их устройства. Электромеханическое преобразование энергии в электрической машине. Преобразование электрической энергии в трансформаторе. Основные законы электротехники, в соответствии с которыми осуществляется электромеханическое преобразование энергии.
1.1. Области применения и конструкции трансформаторов
Назначение, области применения, принцип действия и номинальные данные трансформаторов. Устройство магнитных систем, обмоток, баков и других элементов конструкции трансформаторов. Особенности устройства трансформаторов малой и большой мощности.
1.2. Процессы в трансформаторе при холостом ходе
Основное магнитное поле и поле рассеяния. Формулы для ЭДС. Характеристика намагничивания. Магнитные потери. Сопротивление взаимоиндукции.
1.3. Процессы в трансформаторе при нагрузке
Магнитное поле при нагрузке. Индуктивности рассеяния обмоток. Намагничивающий ток и уравнение равновесия МДС. Уравнения равновесия напряжений обмоток. Приведение вторичных величин к первичной обмотке. Электрическая схема замещения трансформатора и векторная диаграмма. Определение параметров и потерь из опытов холостого хода и короткого замыкания.
1.4. Эксплуатационные характеристики трансформаторов при нагрузке
Зависимость напряжения и КПД от нагрузки. Регулирование напряжения трансформаторов с отключением от сети и при нагрузке.
1.5. Схемы и группы соединения трансформаторов. Явления, возникающие
при намагничивании магнитопроводов трансформаторов.
Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов. Формы кривых намагничивающего тока, потока, ЭДС и напряжений. Процессы в трехфазном трансформаторе при симметричной нагрузке;
1.6. Параллельная работа трансформаторов
Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Оценка возможных уравнительных токов, распределение нагрузки между трансформаторами.
1.7. Автотрансформаторы
Конструктивные особенности и схемы автотрансформаторов. Преимущества и недостатки автотрансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами. Области применения
.1.8. Многообмоточные трансформаторы
Уравнения равновесия напряжений и МДС. Схема замещения и векторная диаграмма. Изменение вторичных напряжений. Соотношение между мощностями обмоток. Области применения трансформаторов.
1.9. Несимметричные режимы трансформаторов
Токи и потоки нулевой последовательности в трансформаторах с различной конструкцией магнитопровода. Схема замещения и сопротивление трансформатора для токов нулевой последовательности. Работа трансформатора с различными схемами соединения обмоток при несимметричной нагрузке.
1.10. Переходные процессы в трансформаторах
Особенности работы трансформатора при переходном процессе. Включение в сеть трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой. Внезапное короткое замыкание на зажимах вторичной обмотки трансформатора, ударный ток короткого замыкания. Электродинамические силы, возникающие при внезапном коротком замыкании. Витковое короткое замыкание в трансформаторе. Нагревание и охлаждение трансформаторов.
1.11. Трансформаторы специального назначения
Трансформаторы для преобразования частоты и числа фаз. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения. Трансформаторы для дуговой электросварки. Трансформаторы для выпрямительных установок. Реакторы
(при изучении данной темы демонстрируется компьютерный фильм [6.2.3]).1.12. Технические данные тенденции развития силовых трансформаторов
Стандартизация в трансформаторостроении. Технические данные и тенденции развития трансформаторов.
2. Общие вопросы теории электромеханического преобразования энергии
2.1. Вращающееся магнитное поле
Создание вращающегося поля трехфазной пространственно распределенной обмоткой. Синхронная частота вращения поля. Результирующее магнитное поле электрической машины. Основное магнитное поле и поле рассеяния.
2.2. Обмотки электрических машин и ЭДС обмоток
Основные принципы устройства сосредоточенных и пространственно распределенных обмоток. Однослойные и двухслойные трехфазные обмотки. Наведение ЭДС в пространственно распределенной обмотке. Обмоточный коэффициент.
2.3. Магнитодвижущие силы обмоток
МДС катушки, одной фазы и трех фаз пространственно распределенной обмотки. Изменение МДС обмотки во времени и в пространстве.
2.4. Электромагнитный момент
3. Асинхронные машины
3.1. Режимы работы, области применения и конструкции
асинхронных машин
Назначение, области применения и принцип действия асинхронных машин. Устройство активной части и конструктивных элементов. Исполнение асинхронных машин по степени защиты. Особенности устройства двигателей единых серий. Асинхронная машина - обобщенный трансформатор. Преобразование вида энергии, величины напряжения, частоты напряжения, фазы напряжения и числа фаз.
3.2. Векторная диаграмма и схемы замещения асинхронной машины.
Параметры асинхронной машины.
Уравнения равновесия напряжений и МДС. Векторная диаграмма
. Т-образная и Г-образная электрические схемы замещения, параметры схем.3.3. Опыты холостого хода и короткого замыкания асинхронной машины
Характеристики холостого хода и короткого замыкания. Опытное определение параметров схемы замещения. Разделение потерь холостого хода.
3.4. Круговая диаграмма и рабочие характеристики асинхронной машины.
Энергетическая диаграмма
Построение круговой диаграммы по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Определение рабочих характеристик по круговой диаграмме. Распределение активной мощности.
3.5. Электромагнитный момент асинхронной машины. Устойчивость
работы асинхронного двигателя
Механическая характеристика асинхронной машины. Зависимость момента от скольжения. Перегрузочная способность двигателя.
З.6. Пуск и регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
Пуск двигателей с фазным ротором и с короткозамкнутым типа "беличья клетка". Регулировочные свойства двигателя и способы регулирования частоты вращения
.3.7. Генераторный, тормозной и трансформаторный режимы
работы асинхронной машины
Работа асинхронного генератора в автономной системе. Условия самовозбуждения. Режим противовключения. Индукционный регулятор, фазорегулятор
.3.8. Однофазные двигатели
Способы создания пускового момента. Однофазный конденсаторный двигатель. Трехфазный двигатель в схеме однофазного включения с конденсатором.
3.9. Асинхронные машины автоматических устройств
Исполнительные двигатели. Тахогенератор. Сельсины. Поворотные трансформаторы
.3.10. Серии асинхронных двигателей и эксплуатационные требования
Характеристика единых серий: А и АО, А2 и А02, 4А, АИ, RA, 5А и др. Обозначение типов двигателей.
4. Синхронные машины
4.1. Режимы работы, области применения и конструкции
синхронных машин
Назначение, области применения и принцип действия синхронных машин. Устройство активной части и конструктивных элементов. Системы возбуждения. Особенности устройства явнополюсных и неявнополюсных синхронных машин.
4.2. Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе и нагрузке.
Реакция якоря
Магнитное поле обмотки возбуждения. Результирующее магнитное поле при различном характере нагрузки.
4.3 Параметры синхронных машин в установившемся режиме
и характеристики синхронного генератора, работающего
на автономную нагрузку
Индуктивные сопротивления явнополюсной и неявнополюсной синхронной машины. Характеристика холостого хода, индукционная нагрузочная, внешняя, регулировочная и характеристика короткого замыкания.
4.4. Векторные диаграммы синхронных генераторов
Векторные диаграммы явнополюсных и неявнополюсных синхронных генераторов.
4.5. Параллельная работа синхронных машин
Включение на параллельную работу синхронных генераторов с сетью бесконечно большой мощности. Особенности работы генератора с сетью. Параллельная работа синхронных генераторов соизмеримой мощности.
4.6. Характеристики синхронного генератора, работающего параллельно
с сетью бесконечно большой мощности
Угловая характеристика.
U-образные характеристики. Регулирование активной и реактивной мощности.4.7. Синхронные двигатели и синхронный компенсатор
Угловая характеристика и
U-образные характеристики двигателя. Рабочие характеристики двигателя. Сопоставление асинхронного и синхронного двигателей. Назначение и U-образная характеристика компенсатора.4.8. Переходные процессы в синхронных машинах. Несимметричные
короткие замыкания
Переходный процесс при симметричном трехфазном коротком замыкании. Параметры синхронной машины по продольной и поперечной осям. Ударное значение тока короткого замыкания. Влияние реакции якоря при несимметричных коротких замыканиях. Сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей синхронной машины.
4.9. Специальные синхронные машины
Синхронные генераторы для дизель-генераторных установок. Автомобильные и тракторные генераторы. Индукторный генератор. Шаговый, реактивный и гистерезисный двигатели.
4.10. Серии синхронных машин и эксплуатационные требования
Технические данные турбогенераторов, гидрогенераторов, генераторов общего назначения, синхронных компенсаторов и синхронных двигателей.
5. Машины постоянного тока
5.1. Режимы работы, области применения и конструкции машин
постоянного тока.
Назначение, области применения и принцип действия машин постоянного тока. Устройство активной части и конструктивных элементов. Коллектор - механический преобразователь частоты.
5.2. Обмотки якорей машин постоянного тока
Радиальная, развернутая и электрическая схемы обмоток. ЭДС обмотки якоря. Электромагнитный момент.
5.3. Магнитное поле машины постоянного тока при холостом ходе
и нагрузке. Реакция якоря
Магнитное поле обмотки возбуждения. Магнитное поле обмотки якоря. Результирующее поле. Действие реакции якоря при различном положении щеток на коллекторе.
5.4. Коммутация и способы ее улучшения
Прямолинейная и криволинейная коммутация. Реактивная ЭДС и ЭДС вращения. Способы уменьшения добавочного тока в коммутируемой секции обмотки якоря.
5.5. Характеристики генераторов постоянного тока.
Энергетическая диаграмма
Схемы возбуждения генераторов. Энергетическая диаграмма. Характеристика холостого хода, нагрузочная, внешняя, регулировочная и характеристика короткого замыкания. Параллельная работа генераторов.
5.6. Характеристики двигателей постоянного тока.
Энергетическая диаграмма
.Механическая характеристика и устойчивость работы. Энергетическая диаграмма. Рабочие характеристики. Механическая характеристика при различных способах возбуждения и устойчивость работы.
5.7. Пуск и регулирование частоты вращения двигателей
постоянного тока
Прямой пуск, пуск с помощью пускового реостата и при пониженном напряжении. Регулирование частоты вращения изменением напряжения, введением сопротивления в цепь обмотки якоря и изменением потока возбуждения. Сопоставление двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.
5.8. Специальные машины постоянного тока
Универсальный коллекторный двигатель. Исполнительные двигатели постоянного тока. Магнитогидродинамический генератор. Тахогенератор. Электромашинный усилитель. Униполярный генератор. Вентильные двигатели.
5.9. Серии машин постоянного тока и эксплуатационные требования
Характеристика серий двигателей постоянного тока общего назначения 2П и 4П и др. Обозначение типов двигателей.
5.10. Особенности развития электромашиностроения на современном этапе. Возобновляемые источники энергии
5. Лабораторный практикум
|
№ п/п |
№ раздела дисциплины |
Наименование лабораторных работ |
|
1 |
2 |
3 |
|
1* |
1 |
Экспериментальное исследование трехфазного двухобмоточного трансформатора |
|
2 |
1 |
Исследование явлений, возникающих при намагничивании магнитопровода трансформатора |
|
3 |
1 |
|
|
4 |
1 |
|
|
Продолжение таблицы |
||
|
1 |
2 |
3 |
|
5 |
3 |
Экспериментальное исследование трехфазной асинхронной машины в режиме индукционного регулятора, регулируемого индуктивного сопротивления и фазорегулятора |
|
6* |
3 |
Экспериментальное исследование трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором |
|
7 |
3 |
Экспериментальное исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором |
|
8 |
3 |
Экспериментальное исследование многоскоростного асинхронного двигателя |
|
9 |
3 |
Экспериментальное исследование асинхронного генератора |
|
10 |
3 |
Экспериментальное исследование однофазного асинхронного двигателя |
|
11 |
3 |
Экспериментальное исследование асинхронного исполнительного двигателя |
|
12 |
3 |
Экспериментальное исследование однофазных сельсинов |
|
13 |
3 |
Экспериментальное исследование поворотного трансформатора. |
|
14 |
4 |
Экспериментальное исследование синхронных микродвигателей |
|
15* |
4 |
Экспериментальное исследование трехфазного синхронного генератора |
|
16 |
4 |
|
|
17 |
4 |
Параллельная работа синхронного генератора с сетью бесконечно большой мощности |
|
18 |
4 |
Экспериментальное исследование трехфазного синхронного двигателя |
|
19 |
3,4,5 |
Экспериментальное исследование тахогенераторов |
|
20 |
5 |
Экспериментальное исследование генератора постоянного тока |
|
21* |
5 |
Экспериментальное исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения |
|
22 |
5 |
Экспериментальное исследование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения |
|
23 |
5 |
Экспериментальное исследование исполнительного двигателя постоянного тока |
|
24 |
5 |
Экспериментальное исследование универсального коллекторного двигателя |
*
П р и м е ч а н и е. Результаты экспериментальных исследований, выполненных в работах № 1, 6, 15 и 21, обрабатываются на компьютере по Раscal-программам [6.2.4, 6.2.5, 6.2.6, 6.2.7].6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература
а) Основная литература:
1. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа; Логос; 2000.
2. Проектирование электрических машин: Учебник / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин. Б.Ф. и др. / Под ред. И.П. Копылова. - 3-е изд., перераб и доп. - М.: Высшая школа, 2001.
б) Дополнительная литература:
1. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. - М.: Высшая школа, 1990.
2. Забудский Е.И. Математическое моделирование управляемых электроэнергетических устройств: Учебное пособие для вузов. - Ульяновск: УлГТУ, 1998.
3. Забудский Е.И. Анализ управляемых электроэнергетических устройств методом конечных элементов: Учебное пособие для вузов. - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 1999.
4. Забудский Е.И. Электрические машины. Ч. 1. Трансформаторы. Учебное пособие для вузов. - Москва: МГАУ, 2002. - 166 с.
6. ГОСТ 27471 - 87. Машины электрические вращающиеся. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1988.
7. ГОСТ 16110 - 82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1986.
8. ГОСТ 183 - 74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1993.
9. ГОСТ 28330 - 89. Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Общие технические требования. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
10. ГОСТ 11677 - 85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. - М.:Изд-во стандартов, 1999.
11. ГОСТ 26772 - 85. Машины электрические вращающиеся. Обозначения выводов и направление вращения. - М.: Изд-во стандартов, 1986.
12. ГОСТ 7217 - 87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1987.
13. ГОСТ 10169 - 77. Машины электрические трехфазные синхронные. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1984.
14. ГОСТ 10159 - 79. Машины электрические вращающиеся коллекторные. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1999.
15. ГОСТ 3484.1 88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
16. Справочник инженера-электрика сельскохозяйственного производства: Учебное пособие. - М.: Информагротех, 1999.
17. Журнал "Электротехника", 1999, № 9 (Этот тематический номер журнала посвящен асинхронным двигателям).
6.2 Средства обеспечения освоения дисциплины
6.2.1. Забудский Е.И. Расчет основных размеров трехфазных трансформаторов: Пакет компьютерных программ / Зарегистрирован в Отраслевом фонде алгоритмов и программ НИИВО Минобразования РФ. Регистр. № 94701, 16.02.94.
6.2.2. Забудский Е.И. Паскаль-программа "Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя". - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.
6.2.3. Забудский E.И. Компьютерный фильм “Геометрическая интерпретация результатов расчета магнитного поля в устройствах электромеханики”: Пакет компьютерных программ / Зарегистрирован в Отраслевом фонде алгоритмов и программ НИИВО Минобразования РФ. Регистр. № 94696, 16.02.94. Сертификат № 3/93 от 10.09.93 г.
6.2.4. Забудский Е.И. Паскаль-программа "Расчет характеристик холостого хода трансформатора". - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.
6.2.5. Забудский Е.И. Паскаль-программа "Расчет характеристик холостого хода асинхронного двигателя и разделение потерь". - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.
6.2.6. Забудский Е.И. Паскаль-программа "Расчет в системе относительных единиц экспериментальной функциональной зависимости вида Y = f(X)". - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2000.
6.2.7. Забудский Е.И. Паскаль-программа "Расчет рабочих характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения". - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2001.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Стенды для испытания трансформаторов;
Стенды для испытания асинхронных машин;
Стенды для испытания синхронных машин;
Стенды для испытания машин постоянного тока;
Стенды для испытания микромашин.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Примерная тематика расчетно-графических работ:
1. Расчет трансформаторов по каталожным данным. Построение внешней характеристики трансформатора. Расчет КПД. Расчет распределения нагрузки при параллельной работе трансформаторов;
2. Расчет трансформатора малой мощности;
3. Расчет токов и напряжений при несимметричной нагрузке транс-
форматора;
4. Расчет и построение схем обмоток машин переменного тока;
5. Расчет механической характеристики, пусковых режимов и энергетической диаграммы асинхронного двигателя;
6. Построение круговой диаграммы. Определение по круговой диаграмме рабочих характеристик асинхронного двигателя;
7. Расчет переходных процессов в трансформаторах и электрических машинах;
8. Построение векторных диаграмм неявнополюсного и явнополюсноro синхронных генераторов.
Для приобретения навыков разработки и принятия инженерных решений для конкретных условий использования электрических машин по решению Совета вуза (факультета) возможно выполнение курсовой работы по дисциплине вместо расчетно-графических работ.
Примерная тематика и содержание курсовой работы:
1. Расчет трансформатора
1.1. Определение основных электрических величин;
1.2. Расчет основных размеров трансформатора.
Расчет выполняется на компьютере по Pascal-программе [6.2.1];1.3. Расчет обмоток;
1.4. Определение параметров короткого замыкания;
1.5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение параметров холостого хода.
2. Расчет асинхронного двигателя
2.1. Выбор главных размеров;
2.2. Определение числа зубцов сердечника статора, числа витков и сечения провода обмотки статора;
2.3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора;
2.4. Расчет намагничивающего тока;
2.5. Параметры рабочего режима;
2.6. Расчет рабочих характеристик.
Расчет выполняется на компьютере по Pascal-программе [6.2.2];2.7. Расчет пусковых характеристик.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 660300 - "Агроинженерия" (специальность 311400 - Электрификация и автоматизация сельского хозяйства).
Программу составил
: проф. Забудский Е.И. (Московский ГАУ).
Рецензенты
: проф. Оськин С.В. (Азово-Черноморский ГАА), проф. Попков А.А. (Челябинский ГАУ), проф. Ерошенко Г.П., ст. преп. Лошкарев И.Ю. (Саратовский ГАУ).
Программа одобрена на заседании Учебно-методической комиссии по специальности 311400 - Электрификация и автоматизация сельского хозяйства (протокол № 1 от " 12 " сентября 2001 г.).
Председатель Совета УМО
по агроинженерному образованию М.Н. Ерохин
С О Г Л А С О В А Н О
Заместитель руководителя Департамента
кадровой политики и образования
Минсельхоза России Н.И. Юрченко
Вернуться назад
Возврат в меню ''Учебно-методический комплекс дисциплины Электрические машины''