SZKIC DO WYKŁADÓW 1.Wprowadzenie LEWIN, PROFESSOR OF PHYSICS 8.02 Electricity and Magnetism,...
Transcript of SZKIC DO WYKŁADÓW 1.Wprowadzenie LEWIN, PROFESSOR OF PHYSICS 8.02 Electricity and Magnetism,...
© Mieczysław RONKOWSKI
Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych
ME_1.WPROWADZENIE_2012_2013_v2.PPT
MASZYNY ELEKTRYCZNE kier. Elektrotechnika, studia stacj. 1 stop, sem. 3
SZKIC DO WYKŁADÓW 1.Wprowadzenie
LICZBA GODZIN ZAJĘĆ i PROWADZĄCY ZAJĘCIA
PROWADZĄCY ZAJĘCIA:
Wykład:
M. Ronkowski
tel: 471 - 2087; email: [email protected]; p. EM 311
Laboratorium:
M. Chomiaków, M. Kamiński, G. Kostro, D. Adamczyk
LICZBA GODZIN ZAJĘĆ
Przedmiot sem. W Ćw L P
MASZYNY ELEKTRYCZNE 3 2 __ 2/3 —
K a t a l o g I n f o r m a c y j n y E C T S
http://www.ects.pg.gda.pl/
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH ZASADY ZALICZENIA
Laboratorium:
T („wejściówki”) – znajomość teorii.
A – aktywność na zajęciach;
S – wykonanie sprawozdania.
Uwaga:
Kol. poprawkowe (zaliczające) z lab. ME tylko w sesji poprawkowej.
Ma charakter praktyczny: łączenie układu, pomiary, obliczenia.
>= 60 % pkt
Uwaga:
Zaliczenie lab. warunkiem
przystąpienia do egzaminu !
Warunek dopuszczenia: >= 30% pkt!
Wykład/teoria:
Egzamin pisemny:
obejmuję teorię i zadania (obliczenia).
Egzamin pisemny „0”:
2 kolokwia „0” w czasie semestru – (TR + MPS), (MS + MI).
>= 60 % pkt
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
1. Fitzgerald A.E, Kingsley Ch. (Jr.), Umans S. D.: Electric Machinery. New York: McGraw-Hill
Book Comp. 2003. 6th edition.
2. Gieras J. F.: Advancements In Electric Machines, Springer, 2008. 2. Krause P.C., Wasynczuk O.: Electromechanical Motion Devices, Mc Graw -Hill Book Comp., New York, 1989.
Purdue University, USA.
3. Latek W.: Zarys maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1974.
4. Latek W.: Teoria Maszyn Elektrycznych. WNT, W-wa, 1982.
5. Manitius Z.: Transformatory. Maszyny prądu stałego. Maszyny Synchroniczne. Maszyny asynchroniczne. (seria
skryptów). Wyd. PG, Gdańsk 1973 - 1978.
6. Manitius Z.: Maszyny Elektryczne cz. I, II. (skrypt). Wyd. PG, Gdańsk 1982, 1984.
7. Matulewicz W.: Maszyny elektryczne. Podstawy. (skrypt). Wyd. PG, Gdańsk 2005.
8. Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. WNT, W-wa 1976.
9. Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas:
zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie. (e-skrypt) Wyd. PG,
Gdańsk, 2009/2011.
10. Ronkowski M.: Maszyny elektryczne. Szkice do wykładów. PG 2012/2013.
http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/ 11. Roszczyk S.: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1979.
12. Rafalski W., Ronkowski M.: Zadania z Maszyn Elektrycznych, cz. I, II. Wyd. 4/3 (skrypty) Wyd. PG, Gdańsk 1994.
13. Staszewski P., Urbański W., Zagadnienia obliczeniowe w eksploatacji maszyn elektrycznych, Warszawa, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2009.
LITERATURA
ADVANCEMENTS IN ELECTRIC MACHINES
Jacek F. Gieras
(Hamilton Sundstrand, HS Fellow,
Applied Research Electrical
Engineering, Rockford, IL, USA,
Uniwersytet
Technologiczno-Przyrodniczy w
Bydgoszczy)
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Tytuł:
MASZYNY ELEKTRYCZNE WOKÓŁ NAS.
Zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie.
Autor: Ronkowski Mieczysław; Michna Michał ; Kostro Grzegorz ; Kutt Filip
Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
Miejsce wydania: Gdańsk Data wydania: 2011
Format: application/pdf
Identyfikator zasobu: ISBN 978–83–7348–401–6 ; oai:pbc.gda.pl:16401
Język: Pol
Prawa: Biblioteka Główna Politechniki Gdańskiej ; autor
POMORSKA BIBLIOTEKA CYFROWA
http://pbc.gda.pl/dlibra/docmetadata?id=16401&from=&dirids=1&ver_id=&lp=2&QI=
LITERATURA PODSTAWOWA
E-skrypt: MEWS
wykład uzupełnia e-skrypt
e-skrypt uzupełnia wykład
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
PORTAL KATEDRY ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH
PROFIL DYPLOMOWANIA: E-MECHATRONIKA
Materiały dydaktyczne
http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/
LITERATURA - PORTALE
Portale w Polsce dotyczące producentów
maszyn elektrycznych i transformatorów
http://www.cantonigroup.com/
http://www.abb.pl/
http://www.turbocare.pl/pl/index.html
(http://www.energoserwis.pl)
http://www.jad.pl/
http://www.dtwe.pl/index_fl6.html
http://www.elhand.pl/strona-glowna
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
http://www.mit.edu
MIT's OpenCourseWare
http://ocw.mit.edu/OcwWeb/
MIT DEPARTMENT OF PHYSICS
http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/index.htm
WALTER LEWIN, PROFESSOR OF PHYSICS
8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002 http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-02Electricity-and-
MagnetismSpring2002/CourseHome/index.htm
WALTER LEWIN, PROFESSOR OF PHYSICS
The Wonders of Electricity and Magnetism
http://mitworld.mit.edu/video/319/
This lecture is presented by the MIT Museum's Family Adventures in Science
and Technology (FAST) Program
MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT)
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Maszyn prądu stałego (szczotkowe)
Maszyny synchroniczne
Maszyny indukcyjne/asynchroniczne
Maszyny specjalne
MASZYNY ELEKTRYCZNE – TYPY/RODZAJE
Transformatory
Energetyczne
Specjalne
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
ELEKTROTECHNIKA - PODSTAWOWA
DYSCYPLINA - SPECJALNOŚĆ
TEORIA/MODELOWANIE/SYMULACJA
PROJEKTOWANIE/KONSTRUKCJA
TECHNOLOGIA
POMIARY
DIAGNOSTYKA
STEROWANIE/REGULACJA
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Ogólna struktura i funkcja systemu elektromechanicznego przetwarzania
energii.
Systemy generacji energii elektrycznej – systemy elektroenergetyczne.
Systemy generacji energii mechanicznej – systemy napędu elektrycznego.
Ogólne zasady budowy i fizyczne podsatwy działania maszyn elektrycznych
(ME).
Zjawiska fizyczne w ME, klasyfikacja ME, rodzaje pracy ME.
Transformatory. Budowa i zasada działania. Wzorzec sprzężenia elektromagnetycznego
(transformatorowego). Model obwodowy i wykres fazorowy. Stan jałowy, stan
zwarcia, stan obciążenia. Zmiana napięcia, straty mocy i sprawność. Układy
połączeń, praca równoległa.
TREŚĆ PROGRAMU
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Maszyny prądu stałego.
Budowa i zasada działania. Generacja momentu elektromagnetycznego i sem
rotacji. Wzorzec sprzężenia elektromechanicznego. Uzwojenia komutatorowe,
oddziaływanie twornika, komutacja. Model obwodowy. Maszyna obcowzbudna –
prądnice i ich charakterystyki, silniki i ich charakterystyki mechaniczne, rozruch,
hamowanie, nawrót, sterowanie prędkością obrotową.
Maszyny synchroniczne.
Budowa, zasada działania, sposoby chłodzenia. Pole wirujące wzbudzane
mechanicznie lub elektrycznie. Generacja momentu elektromagnetycznego i sem
rotacji. Uzwojenia prądu przemiennego. Oddziaływanie twornika. Maszyna z
biegunami utajonymi (turbogenerator) – model obwodowy i wykres fazorowy.
Wyznaczanie charakterystyk i parametrów modelu. Praca autonomiczna, praca na
sieć sztywną – zagadnienie synchronizacji. Wykres uniwersalny, charakterystyka
kątowa, moc i moment synchronizujący. Praca przy stałej mocy czynnej, przejście
od pracy prądnicowej do silnikowej. Silnik synchroniczny. Silnik reluktancyjny.
TREŚĆ PROGRAMU
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Maszyna elektryczna: urządzenie do
elektromechanicznego przetwarzania energii
z udziałem strumienia ładunku elektrycznego
(prądu elektrycznego) i strumienia masy –
ruchu elektrycznego
i ruchu mechanicznego.
DEFINICJA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
Podstawą działania maszyn elektrycznych
i transformatorów są dwa odkrycia:
efektu magnetycznego prądu
(Hans Oersted odkrył 21 kwietnia 1820 r.)
zjawiska indukcji elektromagnetycznej
(Michał Faraday odkrył 29 sierpnia 1831 r.)
PODSATWY DZIAŁANIA MASZYN ELEKTRYCZNYCH
HANS CHRISTIAN OERSTED (1777-1851) DOŚWIADCZENIE 21 KWIETNIA 1820
EFEKT MAGNETYCZNY PRĄDU:
POŁĄCZENIE MAGNETYZMU I ELEKTRYCZNOŚCI
Na wykładzie o obwodach elektrycznych duński
naukowiec, Hans Oersted, koło igły kompasu umieścił drut, przez który płynął prąd, i ze
zdumieniem zobaczył, że igła ta się obróciła.
Ruch elektryczny ruch mechaniczny
HANS CHRISTIAN OERSTED (1777-1851) DOŚWIADCZENIE 21 KWIETNIA 1820
G. Sarton (amerykański historyk nauki) : „Doświadczania, które rozpoczął H. Oersted w
kwietniu 1820 roku należą do najbardziej pamiętnych eksperymentów w całej historii nauki” [E. M. Rogers:
Fizyka dla dociekliwych, cz. 4, Elektryczność i magnetyzm, PWN Warszawa 1986,
s. 213].
W. Lewin, profesor fizyki w MIT: “A crucial discover was made in eighteen twenty by
the Danish physicist Oerstadt. And he discovered that a magnetic needle responds to
a current in a wire. And this linked magnetism with electricity.
And this is arguably, perhaps, the most important experiment ever done” (Lecture 11):
[8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002, (Massachusetts Institute of Technology: MIT
OpenCourseWare). http://ocw.mit.edu (accessed 10.01, 2009)].
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH
MASZYNA ELEKTRYCZNA
TO „BIJĄCE SERCE” ELEKTROTECHNIKI
MASZYNY ELEKTRYCZNE – ICH ZNACZENIE
Koncepcja, budowa i zdjęcie silnika - student Marcin Hołowiński, słuchacz wykładów
z Maszyn elektrycznych, kier. Elektrotechnika, sem. 3, rok akad. 2009/2010
MICHAEL FARADAY (1791-1867)
PIERWSZY SILNIK ELEKTRYCZNY (1821)
Budowa: Marcin Hołowiński Ruch elektryczny ruch mechaniczny
MICHAEL FARADAY (1791-1867)
http://paulhutch.com/wordpress/?p=173
JEDEN
Z NAJWYBITNIEJSZYCH
UCZONYCH - FIZYKÓW XIX w
MICHAEL FARADAY (1791-1867) DOŚWIADCZENIE: 29.08.1831
ROK 2011 - 180 ROCZNICA
http://paulhutch.com/wordpress/?p=173
ROK 2011 - ROKIEM
MICHAŁA FARADAYA
MICHAEL FARADAY (1791-1867) DOŚWIADCZENIE : 29 SIERPNIA 1831
ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
W. Lewin, profesor fizyki w MIT:
“„And this was a profound discovery (by Faraday) which changed our world and it
contributed largely to the technological revolution of the late nineteenth and early
twenty century” (Lecture 16);
“And that (Faraday’s law) runs our economy” (Lecture 17)
[8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002, (Massachusetts Institute of Technology: MIT
OpenCourseWare). http://ocw.mit.edu (accessed 10.01, 2009)].
PIERWSZY GENERATOR ELEKTRYCZNY (1831)
Ruch mechaniczny ruch elektryczny
Pismo PG – Nr 8 (listopad) 2008
MICHAEL FARADAY (1791-1867) DOŚWIADCZENIE: 29 SIERPNIA 1831
PIERWSZY GENERATOR ELEKTRYCZNY (1831)
Pismo PG – Nr 8 (listopad) 2008
ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
Ruch mechaniczny ruch elektryczny
MICHAŁ DOLIWO-DOBROWOLSKI (1862-1919) Pionier techniki prądu trójfazowego
Przemawia nestor elektryków (maszynowców) polskich prof. Władysław Paszek
na ceremonii odsłonięcia tablicy pamiątkowej poświęconej
Michałowi Doliwo-Dobrowolskiemu – 5 września 2001 roku
„MICHAŁ DOLIWO-DOBROWOLSKI - POMNIK W SZCZECINIE”
http://bezel.com.pl/index.php/micha-doliwo-dobrowolski-czii.html
ROK 2012 - ROKIEM
MICHAŁA DOLIWO-
DOBROWOLSKIEGO
MASZYNY ELEKTRYCZNE
A MECHATRONIKA / ELEKTROMECHANIKA
MECHATRONIKA wyłoniła się stosunkowo nagle z maszyn elektrycznych/elektromechaniki w wyniku postępu
technicznego w energoelektronice, mikroelektronice i technice komputerowej.
Znamienne dla mechatroniki jest nierozłączne, powiązanie mechaniki, elektromechaniki, elektrodynamiki technicznej,
elektroniki, informatyki, myślenia systemowego i ekonomii.
ZASADA SYNERGII !
MASZYNY ELEKTRYCZNE
A MECHATRONIKA / ELEKTROMECHANIKA
Osiągnięcia mechatroniki służą człowiekowi, który jest przede wszystkim istotą mechaniczną – żyje w
środowisku mechanicznym.
Codzienne zwyczaje człowieka są głównie podyktowane przez zastanawianie się: jak szybko może się
przemieszczać, nakarmić, umyć i ogrzać/ochłodzić.
Standard życia człowieka jest w znacznym stopniu funkcją jego możliwości powiększania siły swoich mięśni
(muskułów), zarówno dla sprawniejszego (szybszego) transportu (komunikacji), jaki i do realizacji procesów
przemysłowych oraz szeroko pojętych usług, niezbędnych w rozwiniętym społeczeństwie.
NOWA „KONCEPCJA”
GENEROWANIA
ENERGII
ELEKTRYCZNEJ
CHAŁUPNICZE WYTWARZANIE ENERGII
ELEKTRYCZNEJ – „ELEKTRYCZNA PRZĄDKA”
SYSTEM ZDOLNY
DO INTELIGENTNEGO
DZIAŁANIA?
CZY TO SIĘ OPŁACA?
„RĘCZNE” GENEROWANIE ENERGII
ELEKTRYCZNEJ
MASZYNA
MAGNETOELEKTRYCZNA
PRĄDNICA/SILNIK
KOSZTY ENERGII ELEKTRYCZNEJ – KOSZTY PRACY
Wg. IEEE Power & Energy Magazine, vol. 1, no 3, 2003 p.17-23
Typical electricity prices are around 0.10 US$ per kWh
100 W bulb burning 24 hours, consumes 2400 Wh=2.4 kWh;
cost about 0.25 US$
1hp = 750W
A HUMAN IN GOOD SHAPE CAN CONTINUOUSLY WORK TO
PRODUCE ABOUT 0.75 hp 563 W
TV +prądnica + rower + człowiek jako źródło energii
(praca z pełną mocą fizyczną w sposób ciągły).
In terms of electric power equivalent, this would be worth
about 0.05 US$ (0.15 zł) per hour,
quite a bit below minimum wage!!!
It is now wonder that electric power revolutionized the
industrial world by providing cheap labor - the electric motor.
KOSZTY ENERGII ELEKTRYCZNEJ – KOSZTY PRACY
W Gdańsku (dane z 2008 r):
0.134 zł/kWh opłata za energię
0.1585 zł opłata przesyłowa zmienna za 1 kWh
Suma = 0.2925zł/kWh +22%Vat=0.35685 zł/kWh
Jeżeli 1$ 3zł to 0.35685 zł/kWh
co jest równoważne 0.12 $/kWh
KOSZTY ENERGII ELEKTRYCZNEJ – KOSZTY PRACY
ELEKTROCIEPŁOWNIA EC II GDYNIA
TURBOGENERATOR CHŁODZONY WODOREM
MOC = 68750 kVA NAPIĘCIE = 10500 V
PRĄD = 3780 A COSf = 0,8 PRĘDKOŚĆ OBR = 3000 obr/min
MOC POZORNA NAJWIĘKSZEGO GENERATORA: 1850 MVA
MOC CZYNNA = 1850 . 0,8 = 1 480 MW
1 480 106 / 563 = 2 628 775 ludzi
MOC CZYNNA = 68750 . 0,8 = 55 000 kW
55 000 103 / 563 = 97 690 ludzi
ELEKTROCIEPŁOWNIA EC II GDYNIA
ELEKTROWNIA SZCZYTOWO-POMPOWA „Żarnowiec”
Średnica 7,1/5.4 m 135 ha 13,8 106m3 126 m
Moc 4x 179 MW = 716 MW Potężna kompresja energii!
Porównaj średnice przewodów linii
energetycznej i rurociągu!
ME
CH
AT
RO
NIK
A?
KARIERA INŻYNIERSKA
Czy warto studiować maszyny elektryczne?
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!
PYTANIA?
KWANTOWE SKRZYDŁA
PLAYPUMP
MECHAnika +
eleTRONIKA + ?+?+ …
= MECHATRONIKA
SYSTEM ZDOLNY DO
INTELIGENTNEGO
DZIAŁANIA!
16 obrotów/min
to 2.1 tyś litrów wody wyciągniętej
z głębokości do 100 m
Styl życia
„Pomysły na medal”
Agnieszka Rodowicz
GW - Wysokie Obcasy nr 17 z dnia
26.04.2008
C:\!\GAZETA_26_04_2008\ z5156145X.jpg
PLAYPUMP
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH DEFINICJA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ
Wrota mechaniczne „m”
- ruch mechaniczny obrotowy
Maszyna indukcyjna - silnik indukcyjny
zużywa 60% wytwarzanej energii elektrycznej
Wrota elektryczne „e”
- ruch elektryczny
„e”
„m”
Pe
Pm
TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH DEFINICJA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ
Maszyna
elektryczna:
praca
silnikowa
Pe Pm
meU
I
Tm
mΩ
Maszyna
elektryczna:
praca
prądnicowa
Pe Pm
meU
I
Tm
mΩ
E-skrypt „MEWN”: Rys. 2.1
Silnik
Prądnica
MASZYNY ELEKTRYCZNE
A MECHATRONIKA
Praźródła mechatroniki – dwa fundamentalne odkryci przez:
Hansa Oersteda - efektu magnetycznego prądu (21 kwietnia 1820)
Michała Faradaya - zjawiska indukcji elektromagnetycznej (29 sierpnia 1831 r.)
Osiągnięcia mechatroniki służą człowiekowi, który jest przede wszystkim istotą mechaniczną – żyje w środowisku mechanicznym.
Codzienne zwyczaje człowieka są głównie podyktowane przez zastanawianie się: jak szybko może się przemieszczać, nakarmić, umyć i
ogrzać/ochłodzić.
Standard życia człowieka jest w znacznym stopniu funkcją jego możliwości powiększania siły swoich mięśni (muskułów), zarówno dla sprawniejszego
(szybszego) transportu (komunikacji), jaki i do realizacji procesów przemysłowych oraz szeroko pojętych usług, niezbędnych w rozwiniętym
społeczeństwie.