MASZYNY ELEKTRYCZNE 1.Wprowadzenie MASZYNY

MASZYNY
MASZYNY ELEKTRYCZNE
ELEKTRYCZNE
kier.
kier. Elektrotechnika,
Elektrotechnika, studia
studia stacj.
stacj. 11 stop,
stop, sem.
sem. 33
SZKIC
SZKICDO
DOWYKŁADÓW
WYKŁADÓW 2013/2014
2013/2014
1.Wprowadzenie
1.Wprowadzenie
© Mieczysław RONKOWSKI
Politechnika Gdańska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Katedra Energoelektroniki
i Maszyn Elektrycznych
ME_1.WPROWADZENIE_2013_2014_E.PPT
LICZBA
LICZBA GODZIN
GODZIN ZAJĘĆ
ZAJĘĆ ii PROWADZĄCY
PROWADZĄCY ZAJĘCIA
ZAJĘCIA
LICZBA GODZIN ZAJĘĆ
Przedmiot
sem.
W
Ćw
L
P
MASZYNY ELEKTRYCZNE
3
2
—
2/3
—
Katalog Informacyjny ECTS
http://www.ects.pg.gda.pl/
PROWADZĄCY ZAJĘCIA:
Wykład:
M. Ronkowski
tel: 471 - 2087; email: [email protected]; p. EM 311
Laboratorium:
M. Chomiaków, M. Kamiński, F. Kutt, R. Ryndzionek, Ł. Sienkiewicz
TRANSFORMATOR
IDEALNY:
WIELKOŚCI
TRANSFORMATORZASADY
IDEALNY:RELACJE
RELACJE
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
ZALICZENIA
ZASADY ZALICZENIA
TRANSFORMATOR
RELACJE
TRANSFORMATORIDEALNY:
IDEALNY:
RELACJEWIELKOŚCI
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
LITERATURA
LITERATURA
1.
Fitzgerald A.E, Kingsley Ch. (Jr.), Umans S. D.: Electric Machinery. New York: McGraw-Hill
Book Comp. 2003. 6th edition.
Gieras J. F.: Advancements In Electric Machines, Springer, 2008.
2.
2.
Krause P.C., Wasynczuk O.: Electromechanical Motion Devices, Mc Graw -Hill Book Comp., New York, 1989.
Purdue University, USA.
Latek W.: Zarys maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1974.
Latek W.: Teoria Maszyn Elektrycznych. WNT, W-wa, 1982.
Manitius Z.: Transformatory. Maszyny prądu stałego. Maszyny Synchroniczne. Maszyny asynchroniczne. (seria
skryptów). Wyd. PG, Gdańsk 1973 - 1978.
Manitius Z.: Maszyny Elektryczne cz. I, II. (skrypt). Wyd. PG, Gdańsk 1982, 1984.
Matulewicz W.: Maszyny elektryczne. Podstawy. (skrypt). Wyd. PG, Gdańsk 2005.
Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. WNT, W-wa 1976.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas:
zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie. (e-skrypt) Wyd. PG,
Gdańsk, 2009/2011.
Ronkowski M.: Maszyny elektryczne. Szkice do wykładów. PG 2013/2014.
http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/
Roszczyk S.: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1979.
Rafalski W., Ronkowski M.: Zadania z Maszyn Elektrycznych, cz. I, II. Wyd. 4/3 (skrypty) Wyd. PG, Gdańsk
1994.
Staszewski P., Urbański W., Zagadnienia obliczeniowe w eksploatacji maszyn elektrycznych, Warszawa, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2009.
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)
TRANSFORMATOR
IDEALNY:
WIELKOŚCI
TRANSFORMATOR
IDEALNY:RELACJE
RELACJE
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
LITERATURA
- PORTALE
LITERATURA - PORTALE
PORTAL KATEDRY ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH
PROFIL DYPLOMOWANIA: E-MECHATRONIKA
Materiały dydaktyczne
http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/
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
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
MASZYNY ELEKTRYCZNE A CZŁ
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.
KWANTOWE SKRZYDŁA
TRANSPORT (komunikacja
(komunikacja) PRZYSZŁ
PRZYSZŁOŚCI?
TRANSFORMATOR
IDEALNY:
ZACISKOWYCH
TRANSFORMATOR
IDEALNY:RELACJE
RELACJEWIELKOŚCI
ZACISKOWYCH
MASZYNY ELEKTRYCZNE
–WIELKOŚCI
TYPY/RODZAJE
MASZYNY ELEKTRYCZNE – TYPY/RODZAJE
MASZYNY ELEKTRYCZNE
Maszyn prądu stałego (szczotkowe)
Maszyny synchroniczne
Maszyny indukcyjne/asynchroniczne
Maszyny specjalne
TRANSFORMATORY
Energetyczne
Specjalne
MASZYNY
MASZYNY ELEKTRYCZNE
ELEKTRYCZNE
DYSCYPLINA
DYSCYPLINA -- SPECJALNOŚĆ
SPECJALNOŚĆ
ELEKTROTECHNIKA - PODSTAWOWA
TEORIA/MODELOWANIE/SYMULACJA
PROJEKTOWANIE/KONSTRUKCJA
TECHNOLOGIA
POMIARY
DIAGNOSTYKA
STEROWANIE/REGULACJA
TRANSFORMATOR
WIELKOŚCI
TRANSFORMATORIDEALNY:
IDEALNY:RELACJE
RELACJE
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
TREŚĆ
PROGRAMU
TREŚĆ PROGRAMU
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.
TRANSFORMATOR
WIELKOŚCI
TRANSFORMATORIDEALNY:
IDEALNY:RELACJE
RELACJE
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
TREŚĆ
PROGRAMU
TREŚĆ PROGRAMU
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.
TRANSFORMATOR
IDEALNY:
RELACJE
WIELKOŚCI
TRANSFORMATOR
IDEALNY:
RELACJE
WIELKOŚCIZACISKOWYCH
ZACISKOWYCH
DEFINICJA
MASZYNY
ELEKTRYCZNEJ
DEFINICJA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ
Maszyna elektryczna: urządzenie do
elektromechanicznego przetwarzania energii
z udziałem strumienia ładunku elektrycznego
(prądu elektrycznego) i strumienia masy –
ruchu elektrycznego
i ruchu mechanicznego.
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!
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
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:
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)
PIERWSZY SILNIK ELEKTRYCZNY (1821)
Ruch elektryczny
ruch mechaniczny
Budowa: Marcin Hołowiński
MICHAEL FARADAY (1791(1791-1867)
JEDEN
Z NAJWYBITNIEJSZYCH
UCZONYCH - FIZYKÓ
FIZYKÓW XIX w
http://paulhutch.com
http://paulhutch.com//wordpress/?p=173
wordpress/?p=173
MICHAEL FARADAY (1791(1791-1867)
DOŚ
DOŚWIADCZENIE: 29.08.1831
ROK 2011 - 180 ROCZNICA
ROK 2011 - ROKIEM
MICHAŁ
MICHAŁA FARADAYA
http://paulhutch.com
http://paulhutch.com//wordpress/?p=173
wordpress/?p=173
MICHAEL FARADAY (1791(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(1791-1867)
DOŚ
DOŚWIADCZENIE: 29 SIERPNIA 1831
ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
PIERWSZY GENERATOR ELEKTRYCZNY (1831)
Pismo PG – Nr 8 (listopad) 2008
Ruch mechaniczny
ruch elektryczny
MICHAŁ
MICHAŁ DOLIWODOLIWO-DOBROWOLSKI (1862(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
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 !
CHAŁUPNICZE WYTWARZANIE ENERGII
ELEKTRYCZNEJ – „ELEKTRYCZNA PRZĄDKA”
NOWA „KONCEPCJA”
KONCEPCJA”
GENEROWANIA
ENERGII
ELEKTRYCZNEJ
SYSTEM ZDOLNY
DO INTELIGENTNEGO
DZIAŁ
DZIAŁANIA?
CZY TO SIĘ
SIĘ OPŁ
OPŁACA?
„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.
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
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
Potężna kompresja energii!
Uwaga: Porównaj średnice przewodów linii
energetycznej i rurociągu!
KARIERA INŻ
INŻYNIERSKA
Czy warto studiować
studiować maszyny elektryczne?
MECHATRONIKA?
ELEKTROWNIA SZCZYTOWO-POMPOWA „Żarnowiec”
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!
PYTANIA?