systemy elektromechaniczne systemy elektromechaniczne
Transkrypt
systemy elektromechaniczne systemy elektromechaniczne
SYSTEMY SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE ELEKTROMECHANICZNE kier. kier. Elektrotechnika, Elektrotechnika, studia studia 22 stopnia stopnia niestacjonarne, niestacjonarne, sem. sem. II 2013-2014 2013-2014 SZKIC SZKIC DO DO WYKŁADÓW WYKŁADÓW Cz. Cz. 11 UKŁAD UKŁAD –– SYSTEM SYSTEM Mieczysław RONKOWSKI Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE A CZŁOWIEK Osiągnięcia nauki i techniki 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. 1 KWANTOWE SKRZYDŁA TRANSPORT (komunikacja) PRZYSZŁOŚCI? TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJEWIELKOŚCI WIELKOŚCIZACISKOWYCH ZACISKOWYCH DEFINICJA SYSTEMU ELEKTROMECHANICZNEGO (SE) DEFINICJA SYSTEMU ELEKTROMECHANICZNEGO (SE) SE: system/układ do elektromechanicznego przetwarzania energii z udziałem strumienia ładunku elektrycznego (prądu elektrycznego) i strumienia masy – ruchu elektrycznego i ruchu mechanicznego. 2 TRANSFORMATOR IDEALNY: WIELKOŚCI ZACISKOWYCH TRANSFORMATOR IDEALNY:RELACJE RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH PODSATWY DZIAŁANIA MASZYN ELEKTRYCZNYCH PODSATWY DZIAŁANIA MASZYN ELEKTRYCZNYCH 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 PODSATWY DZIAŁANIA DZIAŁANIA MASZYN MASZYN ELEKTRYCZNYCH ELEKTRYCZNYCH Zjawisko oddziaływania ładunków POLE ELEKTROMAGNETYCZNE Wzajemne oddziaływanie ładunków elektrycznych opisujemy wprowadzając pojęcie pola elektromagnetycznego. Przez pole rozumiemy przestrzeń, w której na ładunek q działa siła Lorentza F F = q ⋅ E + q ⋅ ( V × B) PRAWO STEROWANIA! 3 POLE MAGNETYCZNE składowe siły Lorentza RUCH ŁADUNKU/ELEKTRYCZNY – GENERACJA SIŁY MECHANICZNEJ FB = (q ⋅ V ) × B RUCH MASY/MECHANICZNY – GENERACJA POLA ELEKTRYCZNEGO E ′B = V × B FB′ = E ′B ⋅ q 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 4 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)]. MICHAEL FARADAY (1791-1867) PIERWSZY SILNIK ELEKTRYCZNY (1821) Ruch elektryczny ruch mechaniczny Budowa: Marcin Hołowiński 5 TRANSFORMATOR IDEALNY: ZACISKOWYCH TRANSFORMATOR IDEALNY:RELACJE RELACJEWIELKOŚCI ZACISKOWYCH MASZYNY ELEKTRYCZNE –WIELKOŚCI ICH ZNACZENIE MASZYNY ELEKTRYCZNE – ICH ZNACZENIE MASZYNA ELEKTRYCZNA TO „BIJĄCE SERCE” ELEKTROTECHNIKI 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) JEDEN Z NAJWYBITNIEJSZYCH UCZONYCH - FIZYKÓ FIZYKÓW XIX w http://paulhutch.com http://paulhutch.com//wordpress/?p=173 wordpress/?p=173 6 MICHAEL FARADAY (1791-1867) DOŚ DOŚWIADCZENIE : 29 SIERPNIA 1831 ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ PIERWSZY GENERATOR ELEKTRYCZNY (1831) Ruch mechaniczny ruch elektryczny 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) Pismo PG – Nr 8 (listopad) 2008 [8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002, (Massachusetts Institute of Technology: MIT OpenCourseWare). http://ocw.mit.edu (accessed 10.01, 2009)]. MICHAEL FARADAY (1791-1867) DOŚ DOŚWIADCZENIE: 29 SIERPNIA 1831 ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ PIERWSZY GENERATOR ELEKTRYCZNY (1831) Pismo PG – Nr 8 (listopad) 2008 Ruch mechaniczny ruch elektryczny 7 MICHAŁ DOLIWO-DOBROWOLSKI (1862-1919) Pionier techniki prądu trójfazowego ROK 2012 - ROKIEM MICHAŁ MICHAŁA DOLIWODOLIWODOBROWOLSKIEGO 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 CHAŁUPNICZE WYTWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ – „ELEKTRYCZNA PRZĄDKA” NOWA „KONCEPCJA” KONCEPCJA” GENEROWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ SYSTEM ZDOLNY DO INTELIGENTNEGO DZIAŁ DZIAŁANIA? CZY TO SIĘ SIĘ OPŁ OPŁACA? 8 „RĘCZNE” GENEROWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ MASZYNA MAGNETOELEKTRYCZNA PRĄ 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. 9 KOSZTY ENERGII ELEKTRYCZNEJ – KOSZTY PRACY 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 ELEKTROCIEPŁOWNIA EC II GDYNIA 10 ELEKTROCIEPŁOWNIA EC II GDYNIA TURBOGENERATOR CHŁODZONY WODOREM MOC = 68750 kVA NAPIĘCIE = 10500 V PRĄD = 3780 A COSφ = 0,8 PRĘDKOŚĆ OBR = 3000 obr/min MOC CZYNNA = 68750 . 0,8 = 55 000 kW 55 000 103 / 563 = 97 690 ludzi MOC POZORNA NAJWIĘKSZEGO GENERATORA: 1850 MVA MOC CZYNNA = 1850 . 0,8 = 1 480 MW 1 480 106 / 563 = 2 628 775 ludzi 135 ha 13,8 106m3 126 m Moc 4x 179 MW = 716 MW Średnica 7,1/5.4 m MECHATRONIKA? ELEKTROWNIA SZCZYTOWO-POMPOWA „Żarnowiec” Potężna kompresja energii! Uwaga: Porównaj średnice przewodów linii energetycznej i rurociągu! 11 UKŁAD UKŁAD -- SYSTEM SYSTEM W W naszych naszych czasach, czasach, zapewne zapewne najdonioślejszym najdonioślejszym pojęciem, pojęciem, wzbudzającym wzbudzającym najwięcej najwięcej emocji emocji ii szczegółowo szczegółowo analizowanym analizowanym teoretycznie teoretycznie oraz oraz szeroko szeroko stosowanym stosowanym praktycznie praktycznie stało stało się się pojęcie pojęcie „system”. „system”. SYSTEM SYSTEM -- DEFINICJA DEFINICJA Definicja Definicja systemu systemu w w języku języku polskim polskim staje staje się się bardziej bardziej przejrzysta, przejrzysta, jeśli jeśli pamiętać, pamiętać, że że „zbiór „zbiór elementów elementów wykazujący wykazujący określoną określoną strukturę” strukturę” nazywamy nazywamy układem, układem, zaś zaś „układ „układ skoordynowany skoordynowany wewnętrznie” wewnętrznie” oznacza oznacza maszynę maszynę w w szerokim, szerokim, cybernetycznym cybernetycznym sensie. sensie. 12 SYSTEM SYSTEM -- DEFINICJA DEFINICJA Na Na poziomie poziomie dla dla nas nas podstawowym, podstawowym, heurystycznym, heurystycznym, systemem systemem jest jest „wszelki „wszelki skoordynowany skoordynowany wewnętrznie, wewnętrznie, ze ze względu względu na na określoną określoną funkcję funkcję ii wykazujący wykazujący określoną określoną strukturę, strukturę, zbiór zbiór elementów”. elementów”. System System == zbiór zbiór elementów elementów SYSTEM SYSTEM -- DEFINICJA DEFINICJA Pisząc Pisząc mnemotechnicznie mnemotechnicznie mamy mamy więc: więc: zbiór zbiór elementów elementów ++ struktura struktura == układ układ zbiór zbiór układów układów ++ koordynacja koordynacja wewnętrzna wewnętrzna == maszyna maszyna zbiór zbiór maszyn maszyn ++ funkcja funkcja == system system 13 ANALIZA ANALIZA SYSTEMOWA SYSTEMOWA Analiza Analiza systemowa systemowa jest jest działalnością działalnością intelektualną, intelektualną, odbywającą odbywającą się się na na gruncie gruncie Teorii, Teorii, modeli, modeli, technologii technologii opisujących opisujących analizowany analizowany system. system. ANALIZA ANALIZA SYSTEMOWA SYSTEMOWA Analiza Analiza systemowa systemowa wymaga wymaga odpowiedniego odpowiedniego podejścia podejścia do do badanych badanych obiektów. obiektów. Istniejące Istniejące rozumienia rozumienia terminu terminu „system” „system” pochodzą pochodzą ze ze wspólnej wspólnej intuicji intuicji badaczy. badaczy. Akcentują Akcentują one one brak brak barier barier dyscyplinarnych, dyscyplinarnych, swobodę swobodę w w stosowaniu stosowaniu wiedzy wiedzy ii technik technik nagromadzonych nagromadzonych w w jednej jednej dziedzinie dziedzinie do do problemów problemów występujących występujących w w innej innej dziedzinie. dziedzinie. 14 SYSTEM SYSTEM ELEKTROMECHANICZNY ELEKTROMECHANICZNY (SE) (SE) OGÓLNA STRUKTURA OGÓLNA STRUKTURA FUNKCJA: ENERGETYCZNA ODBIORNIK ENERGII PE STEROWANIE ŹRÓDŁO ENERGII MASZYNA ELEKTRYCZNA ZADAWANIE PODZIAŁ SYSTEMU NA ELEMENTY: • PRZETWARZAJĄCE ENERGIĘ • STERUJĄCE KOORDYNACJA WEWNĘTRZNA - PRAWO STEROWANIA! SYSTEM SYSTEM ELEKTROMECHANICZNY ELEKTROMECHANICZNY (SE) (SE) OGÓLNA OGÓLNA STRUKTURA STRUKTURA FUNKCJA: NAPĘDOWA ŹRÓDŁO ENERGII PE STEROWANIE MASZYNA ELEKTRYCZNA ODBIORNIK ENERGII ZADAWANIE PODZIAŁ SYSTEMU NA ELEMENTY: • PRZETWARZAJĄCE ENERGIĘ • STERUJĄCE KOORDYNACJA WEWNĘTRZNA - PRAWO STEROWANIA! 15 „TRÓJKA” „TRÓJKA” SYSTEMU SYSTEMU ELEKTROMECHANICZNEGO ELEKTROMECHANICZNEGO PRZETWARZANIA PRZETWARZANIA ENERGII ENERGII SYSTEM SYSTEM ELEKTROMECHANICZNY ELEKTROMECHANICZNY (SE) (SE) Teorie Teorie ii technologie technologie E. Lyshevski: Nano- and Micro-Electromechanical Systems: Fundamental of Micro- and Nano-Engineering, CRC Press, 2000. (p. 64) 16 MASZYNY ELEKTRYCZNE A MECHATRONIKA / ELEKTROMECHANIKA MECHATRONIKA wył wyłonił oniła się się stosunkowo nagle z maszyn elektrycznych/elektromechaniki w wyniku postę postępu technicznego w energoelektronice, mikroelektronice i technice komputerowej. Znamienne dla mechatroniki jest nierozłą czne, powią nierozłączne, powiązanie mechaniki, elektromechaniki, elektrodynamiki technicznej, elektroniki, informatyki, myś myślenia systemowego i ekonomii. ZASADA SYNERGII ! (ELEKTRO) (ELEKTRO) MECHATRONIKA MECHATRONIKA „Mechatronika jest synergiczną synergiczną techniką techniką projektowania i wytwarzania maszyn zdolnych do inteligentnych zachowań zachowań, o nierozłą cznym, powią nierozłącznym, powiązaniu mechaniki, elektroniki, informatyki, elektrodynamiki technicznej, technicznej, myś myślenia systemowego i ekonomii” ekonomii” 17 FUTURE HYBRID ENERGY SYSTEM www.wsc.org.au SOLAR VEHICLE « SOLELHADA » MECHATRONIC SYSTEM SILNIKI SILNIKI W W SAMOCHODACH SAMOCHODACH HYBRYDOWYCH HYBRYDOWYCH HONDA: ZINTEGROWANY SILNIK HYBRYDOWY SILNIK SPALINOWY + SILNIK ELEKTRYCZNY 18 SILNIKI SILNIKI W W SAMOCHODACH SAMOCHODACH HYBRYDOWYCH HYBRYDOWYCH PRZEKŁADNIA HYBRYDOWA 19 ZESPOŁY ZESPOŁY PRĄDOTWÓRCZE PRĄDOTWÓRCZE SPALINOWE SPALINOWE KARIERA KARIERA INŻYNIERSKA INŻYNIERSKA 20 LITERATURA LITERATURA Literatura podstawowa: 1. Cichy M.: Modelowanie systemów energetycznych. Wyd. PG, Gdańsk 2001. 2. Gieras J.: Advancements in electric machines. Springer Netherlands, 2008. 3. Kaczmarek T., Zawirski K.: Układy napędowe z silnikiem synchronicznym, Wyd. PP, Poznań 2000. 4. Krause P.C.: Analysis of electric machines. McGraw Hill 1984. 5. Lyshevski S. E., Nano- and micro-electromechanical systems: Fundamental of micro- and nano-engineering. CRC Press, 2000. 6. Meisel J.: Zasady elektromechanicznego przetwarzania energii. WNT, Warszawa 1970. 7. Ronkowski M.: Systemy elektromechaniczne. Wydz. EiA PG, Gdańsk 2011-2012. (materiały pomocnicze udostępnione przez internet). LITERATURA LITERATURA Literatura uzupełniająca: 1. Karnopp D. C., Margolis D. L., Rosenberg R. C.: System dynamics, modeling and simulation of mechatronic systems. John Wiley Inc, 2000. 2. Lyshevski S. E.: Electromechanical systems, electric machines, and applied mechatronics. CRC Press, 2000. 3. Puchała A.: Elektromechaniczne przetworniki energii. KOMEL, Katowice 2002. 4. Szymanowski A.: Fundamentals of hybrid vehicle drives. Instytut Technologii Eksploatacji, Warsaw-Radom 2000. Literatura uzupełniająca: 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 dostępnym na stronie: http://pbc.gda.pl/dlibra/docmetadata?id=16401&from=&dirids=1&ver_id=&lp=2&QI=# 21 TRANSFORMATOR IDEALNY: WIELKOŚCI TRANSFORMATOR IDEALNY:RELACJE RELACJE WIELKOŚCIZACISKOWYCH ZACISKOWYCH LITERATURA PODSTAWOWA LITERATURA PODSTAWOWA E-skrypt: MEWS wykład uzupełnia e-skrypt e-skrypt uzupełnia wykład 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= ADVANCEMENTS IN ELECTRIC MACHINES Jacek F. Gieras (Hamilton Sundstrand, HS Fellow, Applied Research Electrical Engineering, Rockford, IL, USA, Uniwersytet TechnologicznoTechnologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy) Bydgoszczy) 22 TRANSFORMATOR IDEALNY: WIELKOŚCI TRANSFORMATOR IDEALNY:RELACJE RELACJE WIELKOŚCIZACISKOWYCH ZACISKOWYCH LITERATURA - PORTALE LITERATURA - PORTALE KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH PROFIL DYPLOMOWANIA: E-MECHATRONIKA Materiały dydaktyczne http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/ Producenci maszyn elektrycznych i transformatorów w Polsce 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 MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT) TRANSFORMATOR IDEALNY: RELACJE WIELKOŚCI ZACISKOWYCH MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT) 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-andMagnetismSpring2002/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 23 TREŚCI TREŚCI PRZEDMIOTU PRZEDMIOTU METODY METODY II KRYTERIA KRYTERIA OCENIANIA OCENIANIA MOJA PG Kryteria oceniania składowe Egzamin pisemny Ćwiczenia praktyczne Próg Procent składowej zaliczeniowy oceny końcowej 60% 40% 60% 60% 24
Podobne dokumenty
MASZYNY ELEKTRYCZNE 1.Wprowadzenie MASZYNY
EFEKT MAGNETYCZNY PRĄDU: POŁĄCZENIE MAGNETYZMU I ELEKTRYCZNOŚCI
Bardziej szczegółowo