© 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: m.ronkowski@eia.pg.gda.pl; 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.