2

1. Цели освоения дисциплины

Основной целью дисциплины «Электрические машины» является формирование у

студентов теоретической базы по современным электромеханическим преобразователям

энергии, которая позволит им успешно решать теоретические и практические задачи в их

профессиональной деятельности связанной с проектированием, испытаниями и эксплуатацией электрических машин.

Для достижения поставленной цели студенты должны уметь:

1) Классифицировать электрические машины и описывать сущность происходящего в них процесса электромеханического преобразования энергии;

2) Самостоятельно проводить расчеты по определению параметров и характеристик электрических машин на основе их математических моделей и формул проектирования;

3) Проводить испытания электрических машин для определения их характеристик и параметров;

2. Место дисциплины в структуре ООП специалиста Дисциплина относится к базовой вариативной части специализации «Электрификация и автоматизация горного производства» ОПД.Р.1. Для успешного усвоения учебного материала дисциплины «Электрические машины» необходимо знание разделов следующих дисциплин: высшая математика, физика (разделы: теплофизика, механика и электродинамика), электротехника, прикладная механика, материаловедение, информатика.

Полученные в результате изучения дисциплины «Электрические машины» компетенции нужны для освоения учебного материала таких дисциплин, как «Электрооборудование горных предприятий», «Автоматизированный электропривод машин и установок горного производства», «Моделирование электротехнических систем», «Монтаж и наладка горного электрооборудования». Кроме того, все эти компетенции необходимы для качественного выполнения научно-исследовательской работы по профилю направления подготовки.

3. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины «Электрические машины»

Освоение дисциплины направлено на формирование профессиональных компетенций:

- ПК 6 (способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований);

- ПК 7 (способность формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой));

- ПК 8 (готовность участвовать в работе над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и отдельных компонентов);

- ПК 9 (способность разрабатывать простые конструкции электротехнических и электроэнергетических объектов);

- ПК 19 (способность использовать информационные технологии, управлять информацией с использованием прикладных программ деловой сферы деятельности; использовать сетевые компьютерные технологии, базы данных и пакеты прикладных программ в своей повседневной деятельности;

- ПК 43 (способность применять методы испытаний электрооборудования и объектов электроэнергетики и электротехники).

В результате изучения дисциплины обучающиеся должны:

знать и понимать принцип действия современных типов электрических машин, знать особенности их конструкции, уравнения, схемы замещения и характеристики;

иметь общее представление о проектировании, испытаниях и моделировании электрических машин;

уметь использовать полученные знания при решении практических задач по проектированию, испытаниям и эксплуатации электрических машин и электромеханических систем.

3.1. Матрица соотнесения тем учебной дисциплины и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций Компетенции Часы лек/ общая сумма ПК ПК Раздел дисциплины ПК ПК ПК ПК Раздел 1. Введение. 3/14 1 - - 1 1 Раздел 2. Машины постоянного тока. 7/30 1 1 1 1 1 1 Раздел 3. Трансформаторы. 5/22 1 1 1 1 1 1 Раздел 4. Асинхронные машины. 9/38 1 1 1 1 1 1 Раздел 5. Синхронные машины. 8/32 1 1 1 1 1 1 Раздел 6. Коллекторные машины 2/8 1 1 1 1 1 1 переменного тока.

ИТОГО 34/ 4. Структура и содержание дисциплины.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 144 часов 4.1. Лекционные занятия Неделя Объем, Tемы лекций и их содержание семестра часы 1. Введение.

1.1. Роль и место электромеханического способа преобразования энергии в 1, 2 современной энергетике. Классификация электрических машин. Основные термины и определения. Принципы электромеханического преобразования энергии. Режимы работы индуктивных электрических машин.[1;3] 1.2. Математическое описание процесса электромеханического преобразования энергии. Обобщенная электрическая машина. [1;3] 2. Машины постоянного тока.

Математическое описание процесса преобразования энергии в машине постоянного тока [1;3;5].

Якорные обмотки машин постоянного тока. Конструкция простых, сложных и комбинированных обмоток. ЭДС якорной обмотки машины постоянного тока. Уравнительные соединения.[1;3] 2.4. Магнитная цепь машины постоянного тока. Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке.[1;3] 2.5. Реакция якоря. Методы ослабления реакции якоря. [1;3] Коммутация тока якоря машины постоянного тока. Способы улучшения 2.6. Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением и самовозбуждением. Параллельная работа генераторов. [1;3] Двигатели постоянного тока. Электромеханические свойства двигателей и их статические механические характеристики. Энергетические режимы работы и искусственные электромеханические характеристики двигателей постоянного тока. Специальные машины постоянного тока.[1;3] 7, 8, 3.7. Конструкция, принцип действия и классификация трансформаторов. Математическое описание процесса преобразования энергии в трансформаторе. Приведенный трансформатор. Схема замещения и векторная диаграмма силового однофазного трансформатора. Методы определения параметров схемы замещения трансформатора. [1;3] Работа трансформатора под нагрузкой. Энергетическая диаграмма трансформатора. Измерение напряжения, внешняя характеристика и КПД трансформатора. Регулирование напряжения трансформатора.[1;3] 3.8. Трансформация трехфазных токов и напряжения. Группы соединения трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов. Несимметричные режимы работы трансформаторов. Трансформация несимметричных токов.

';

Искажение симметрии первичных и вторичных напряжений при несимметричной нагрузке. [1;3] 3.9. Переходные процессы в трансформаторах. Перенапряжения в трансформаторах. Схема замещения трансформатора при перенапряжении. Защита трансформаторов от перенапряжений. Трансформаторы специального назначения. Автотрансформаторы. [1;3;5 ] 4. Асинхронные машины.

4.10. Конструкция и принцип действия асинхронных машин. Математическое описание процессов преобразования энергии в асинхронных машинах.

Приведение параметров, схемы замещения и векторные диаграммы асинхронной машины. [2;4] Конструкция обмоток машин переменного тока. ЭДС обмоток машин переменного тока. Эффект вытеснения тока. Глубокопазные и двухклеточные асинхронные двигатели. [2;4] 4.11. Электромеханические свойства асинхронной машины. Уравнения механической и электромеханической характеристик. Искусственные характеристики асинхронной машины. [2;4] Энергетические режимы работы асинхронной машины. Асинхронный преобразователь частоты. [2;4;5] 12, 13 4.12. Способы пуска и регулирование частоты вращения асинхронных дви- 4.13. Однофазные асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели с массивным и полым ротором. Линейные и дуговые асинхронные двигатели.

Электромагнитные индукционные насосы. [2;4] 5. Синхронные машины. [2;4 ] 5.14. Конструкция, принцип действия и режимы работы синхронных ма- шин. Математическое описание процесса преобразования энергии в синхронных машинах. [2;4] Магнитное поле синхронной машины при нагрузке. Реакция якоря. Параметры синхронной машины в установившемся режиме работы. [2;4;5] 5.15. Характеристики синхронных генераторов. Векторные диаграммы синхронных генераторов. Угловые и механические характеристики синхронных машин. Синхронизирующая мощность и момент синхронной машины. Параллельная работа синхронных машин. Синхронные двигатели.[2;4] 16, 17 5.16. Механические характеристики и перегрузочная способность синхрон- ных машин. Синхронные компенсаторы.[2;4;5] Переходные процессы в синхронных машинах. Качания синхронных машин. Динамическая устойчивость. Гашение поля. Специальные синхронные машины. Машина двойного питания. Вентильный индукторный двигатель.[2;4] 6.17. Однофазные и трехфазные коллекторные машины переменного тока.

Репульсионные двигатели.[2;4] 4.2. Лабораторные занятия 2.2-2.8 1. Испытание генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

2.2-2.8 2. Испытание генератора постоянного тока смешанного возбуждения.

2.2-2.9 3. Исследование электромеханических свойств двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

2.2-2.9 4. Исследование электромеханических свойств двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

3.1; 3.2 5. Исследование режимов работы и определение параметров схемы 3,3 6. Определения параметров трехфазного трансформатора при работе на несимметричную нагрузку.

4.1-4.4 7. Испытание асинхронного двигателя с фазным ротором.

4.1-4.4 8. Исследование электромеханических свойств асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

4.2-4.4 9. Исследование индукционного регулятора и фазорегулятора.

4.2-4.4 10. Испытание асинхронной машины в режиме генератора.

5.1-5.3 11. Работа синхронного генератора на индивидуальную нагрузку.

6.1 12. Испытание универсального коллекторного двигателя.

Защита лабораторных работ проводится в виде собеседования с проверкой знания студентами теоретического материала и правильности выполнения расчетной и графической частей лабораторных работ.

4.3. Курсовое проектирование.

Выполнение курсовой работы предназначено для систематизации и закрепления полученных знаний по дисциплине.

Курсовая работа выполняется по одной из следующих тем:

1. Проектирование силового трехфазного трансформатора.

2. Проектирование машин постоянного тока.

3. Проектирование машин переменного тока.

Курсовая работа состоит из двух частей: графической и расчетно-пояснительной.

Графическая часть выполняется на двух листах ватмана формата А1. На первом листе выполняется общий вид электрической машины в двух проекциях с разрезами, дается форма и размеры пазов, вала, обмоток и уплотнительных соединений. На втором листе выполняется развернутая схема обмоток (для двигателей с фазным ротором, также и обмотки ротора); помещаются расчетные характеристики и диаграммы.

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту выполняется в пределах 40- страниц рукописного текста и оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД. Она включает в себя расчеты по конструкции и рабочим параметрам машины. Все расчеты и эскизы, а также таблицы с результатами расчета характеристик входят в общий объем записки.

4.4. Самостоятельная работа студента Математическое описание процесса электромеханического преобразования энергии. Математическая модель обобщенной действия, математическое описание работы в динамическом и Реакция якоря и методы ее ослабления. Коммутация тока якоря.

Генераторы постоянного тока. Характеристики генераторов.

Двигатели постоянного тока. Энергетические режимы работы и искусственные характеристики двигателей постоянного тока.

Трансформаторы: конструкция, принцип действия, математическое описание процесса преобразования энергии, схема замещения, векторная диаграмма. Работа трансформатора под нагрузкой. Трансформация трехфазных токов. Переходные процессы в трансформаторах. (Лзп №6).

Конструкция асинхронной машины. Математическая модель, схема замещения и векторная диаграмма асинхронной машины (АМ). Магнитная система АМ. Обмотки АМ. Эффект вытеснения тока. Глубокопазные и двухклеточные АМ. (Лзп №7).

Электромеханические свойства асинхронной машины. Уравнения механической и электромеханической характеристик. Искусственные характеристики асинхронной машины. Энергетические режимы работы асинхронной машины. (Лзп №8).

Фазорегулятор. Способы пуска асинхронных двигателей. Однофазные асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели с мас- 0, двигатели. Электромагнитные индукционные насосы. (Лзп№9).

Конструкция, принцип действия и режимы работы синхронных машин. Математическое описание процесса преобразования энергии в синхронных машинах. Магнитное поле синхрон- 0, ной машины при нагрузке. Реакция якоря. Параметры синхронной машины в установившемся режиме работы. (Лзп №10).

Характеристики синхронных генераторов. Векторные диаграммы синхронных генераторов. Угловые и механические характеристики синхронных машин. Синхронизирующая мощ- 0, ность и момент синхронной машины. Параллельная работа синхронных машин. Синхронные двигатели. (Лзп №11).

Механические характеристики и перегрузочная способность синхронных двигателей. Синхронные компенсаторы. Переходные процессы в синхронных машинах. Качания синхронных 5.25 машин. Динамическая устойчивость. Гашение поля. Специальные синхронные машины. Машина двойного питания.

трехфазные коллекторные машины переменного тока. Репульсионные двигатели. (Лзп №12).

Выбор главных размеров; расчет обмоток и магнитной системы.

Расчет рабочих и пусковых характеристик; тепловой, вентиляционный и механический расчет; разработка конструкции.

Оформление пояснительной записки и графической части КР.

Самостоятельная работа заключается в подготовке к лекциям по тематике курса, с изучением основной, дополнительной литературы, методических указаний, в подготовке к лабораторным и практическим занятиям, доведении до конца расчетов, начатых на этих занятиях, построении результирующих графиков, в выполнении разделов курсовой работы.

Форма текущего контроля: собеседование по изученному теоретическому материалу при защите лабораторных и практических работ; предъявление студентом соответствующих разделов курсовой работы.

Форма промежуточной аттестации: экзамен (1 ЗЕ) в 7-м семестре.

4.5. Распределение трудоемкости изучения дисциплин по видам учебной аудиторной и самостоятельной работы студента Трудоемкость освоения дисциплины - 5 ЗЕ:

Аудиторная учебная работа: 7 семестр – 2 ЗЕ;

Самостоятельная работа: 7 семестр – 2 ЗЕ;

Промежуточная аттестация: экзамен в 7 семестре – 1 ЗЕ.

Обозначения: Лк –лекции, Лз – лабораторные занятия, КР – курсовая работа, СР – самостоятельная работа, ТК – текущий контроль, КС – контрольный срез, ЛЗР – подготовка отчета по лабораторной работе, ОТ – защита отчета по лабораторной работе, КР1…4– защита раздела курсовой работы.

5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по специализации 130400.65 для реализации компетентностного подхода в учебном процессе по данной дисциплине с целью формирования профессиональных навыков обучающихся предусмотрено широкое использование активных и интерактивных форм проведения занятий:

- использование мультимедийных презентаций и слайдов при чтении лекций;

- выступление студентов с докладами при защите курсовых работ;

- выступление студентов с докладами на научно-практических конференциях;

- дискуссии при защите лабораторных работ;

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по специализации 130400.65 для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся по данной дисциплине на соответствие их персональных достижений поэтапным требованиям соответствующей ООП и оценки степени сформированной компетенции обучающихся используются следующие оценочные средства:

- контрольные вопросы для защиты лабораторных работ;

- контрольные вопросы для самостоятельного изучения теоретического материала дисциплины;

- контрольные вопросы для сдачи экзаменов;

Контрольный срез (КС) лекционного материала проводится перед началом каждой четной лекции и содержит из 1-2 вопроса из перечня вопросов, содержащихся в соответствующих разделах основной литературы по материалу предыдущих лекции.

ЛР № 1.1. Поясните на лабораторном образце конструкцию генератора постоянного тока и назначение его основных элементов.

1.2. Укажите на чертеже ГПТ расположение компенсационной обмотки, дополнительных полюсов и пояснить их назначение.

1.3. Дайте определение реакции якоря МПТ. Поясните причину возникновения поперечной реакции якоря и ее воздействие на работу машины.

1.4. Поясните причины возникновения замедленной коммутации.

1.5. Дайте определение холостого хода ГПТ.

1.6. Дайте определение внешней характеристике ГПТ.

1.7. Дайте определение регулировочной характеристике ГПТ.

1.8. Напишите уравнения электрического равновесия якорной цепи генератора, цепи обмотки независимого возбуждения.

1.9. Изобразите энергетическую диаграмму генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

1.10. Напишите уравнение электромагнитного момента (момента сопротивления вращению) на валу генератора.

ЛР № 2.1. Назовите условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения.

2.2. Напишите уравнение электрического равновесия якорной цепи генератора со смешанным возбуждением.

2.3. Объясните различие внешних характеристик генератора при параллельном, смешанном согласном и смешанном встречном включении обмоток возбуждением.

2.4. Поясните причину различия регулировочных характеристик генератора при различных способах возбуждения.

2.5. Напишите уравнение электромагнитного момента сопротивления вращению на валу генератора.

2.6. Покажите на чертеже (или лабораторном образце) генератора расположение якорной обмотки, параллельной и последовательной обмоток возбуждения.

2.7. Поясните причины возникновения ускоренной коммутации.

ЛР № 3.1. Конструкция и принцип действия двигателя постоянного тока.

3.2. Что называется реакцией якоря?

3.3. Назовите причины искажения потенциальной диаграммы коллектора.

3.4. Что называется коммутацией?

3.5. Назовите возможные энергетические режимы работы машины постоянного тока.

3.6. Назовите способы получения искусственных характеристик электрических машин постоянного тока.

ЛР № 4.1. Объясните вид и особенности механической и электромеханической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

4.2. Чем опасен холостой ход для двигателя последовательного возбуждения?

4.3. Какие преимущества имеет двигатель последовательного возбуждения перед двигателем параллельного возбуждения?

4.4. Как изменить направление вращения ДПТ с последовательным возбуждением?

4.5. Какие особенности имеет режим динамического торможения у двигателей последовательного возбуждения по сравнению ДПТ других типов?

4.6. Каким образом можно перевести двигатель последовательного возбуждения в режим противовключения?

4.7. Каким образом можно перевести двигатель последовательного возбуждения в режим динамического торможения?

4.8. Какие имеются способы регулирования частоты вращения сериесного двигателя?

4.9. Объясните причину изменения скорости вращения двигателя при ослаблении магнитного потока машины.

4.10. Объясните причину изменения скорости вращения двигателя при введении добавочного сопротивления в цепь якоря.

4.11. Объясните причину изменения скорости вращения якоря ДПТ при изменении подводимого к двигателю напряжения.

ЛР № 5.1. Поясните принцип действия однофазного трансформатора.

5.2. Дайте классификацию и объясните устройство трансформатора.

5.3. Почему, при отсутствии электрической связи между первичной и вторичной обмотками, увеличение тока во вторичной обмотке влечет за собой увеличение тока в первичной?

5.4. На что расходуется активная мощность, потребляемая трансформатором при холостом ходе?

5.5. На что расходуется активная мощность, потребляемая трансформатором при коротком замыкании?

5.6. Поясните причины изменения напряжения на вторичной обмотке при изменении нагрузки трансформатора.

ЛР № 6.1. Поясните устройство и конструкцию трехфазных трансформаторов.

6.2. Назовите условия параллельной работы трехфазных трансформаторов.

6.3. Изобразите схему соединения обмоток трехфазного трансформатора «зигзаг».

6.4. Как влияет неравенство коэффициентов трансформации на работу трансформаторов при их параллельном включении?

6.5. Как влияет несовпадение номеров групп соединения обмоток параллельно включенных трансформаторов на их работу?

6.6. Как влияет различие значений Uк на работу параллельно включенных трансформаторов?

6.7. Поясните причину компенсирующего влияния обмотки, включенной по схеме треугольник, на магнитные потоки нулевой последовательности в магнитной системе трехфазного трансформатора.

ЛР № 7.1. Поясните конструкцию асинхронной машины с фазным ротором и назначение её основных элементов.

7.2. Покажите на рисунке асинхронной машины (разобранном лабораторном образце) элементы её конструкции, изображенные на электрической схеме лабораторной установки.

7.3. Почему в первом опыте ротор двигателя остается неподвижным?

7.4. Дайте определение понятию ''скольжение''.

7.5. Дайте определение механической характеристике АД.

7.6. Поясните назначение реостата в роторной цепи АД.

7.7. Поясните понятие ''опрокидывание асинхронного двигателя''.

ЛР № 8.1. Сравните Г – образную и Т – образную схемы замещения асинхронного двигателя.

8.2. Объясните физический смысл аргумента поправочного коэффициента в уточненной Г – образной схеме замещения.

8.3. Почему в опыте КЗ пренебрегают цепью намагничивания схемы замещения АД?

8.4. Сравните упрощённую и уточнённую круговые диаграммы.

8.5. Определите точку идеального холостого хода по уточненной круговой диаграмме.

8.6. Определите перегрузочную способность и кратность пускового момента двигателя по круговой диаграмме.

ЛР № 9.1.Поясните принцип действия трехфазного индукционного регулятора.

9.2. Назначение сдвоенного трехфазного индукционного регулятора.

9.3. Поясните принцип действия фазорегулятора.

9.4.Изобразите векторную диаграмму индукционного регулятора.

9.5. Изобразите векторную диаграмму сдвоенного индукционного регулятора.

ЛР № 10.1. Поясните конструкцию асинхронной машины и назначение её основных элементов.

10.2. Поясните условия перехода асинхронной машины в генераторный режим работы.

10.3. Где на круговой диаграмме находится область работы АМ в генераторном режиме?

10.4. Постройте векторную диаграмму асинхронного генератора.

10.5. Сравните по векторной диаграмме составляющие тока статора асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах.

10.6. Поясните условия самовозбуждения асинхронного генератора работающего на автономную сеть.

ЛР № 11.1. Поясните конструкцию синхронного генератора и назначение его основных элементов.

11.2 Покажите на рисунке генератора элементы его конструкции, изображенные на электрической схеме лабораторной установки.

11.3. Поясните действие реакции якоря синхронного генератора.

11.4. Как включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью?

11.5. Поясните угловые характеристики синхронной машины.

11.6. Поясните U-образную характеристику синхронной машины.

11.7. Какой характер имеет реакция якоря синхронного генератора при проведении данного опыта?

11.8. Почему при изменении нагрузки генератора изменяется напряжение на его зажимах?

11.9. Почему полученная в опыте характеристика короткого замыкания прямолинейна?

ЛР № 12.1. Конструкция коллекторного двигателя переменного тока.

12.2. Область применения коллекторных двигателей переменного тока.

12.3. Как изменить направление вращения коллекторного двигателя переменного тока.

12.4. Назовите способы улучшения коммутации коллекторного двигателя переменного тока.

Первый контрольный срез.

1. Какие способы преобразования энергии вы знаете?

2. Каково соотношение между генерирующими мощностями электростанций и мощностями электрооборудования, установленного в системе распределения и потребления электрической энергии?

3. Кто и когда создал первый индуктивный электромеханический преобразователь?

4. По каким признакам можно классифицировать индуктивные электромеханические преобразователи?

5. Дайте определение номинальной мощности, номинальному напряжению и номинальной частоте вращения электрической машины.

1. Какие виды потерь возникают в электромеханическом преобразователе энергии?

2. Назовите три принципа электромеханического преобразования энергии.

3. Назовите основные энергетические режимы работы электромеханического преобразователя.

4. Что означает термин «установившийся режим работы электромеханического преобразователя»?

5. Поясните различие между статическим и динамическим режимами работы электромеханического преобразователя.

1. Какие виды энергии участвуют в электромеханическом преобразовании?

2. Как описывают изменение электромагнитной энергии?

3. Дайте определение терминам «ЭДС вращения» и «трансформаторная ЭДС» и поясните природу их возникновения.

4. Охарактеризуйте баланс мощности электромеханического преобразователя и поясните, на что затрачивается реактивная мощность?

5. Опишите изменение механической энергии электрической машины при ее работе.

6. Какие допущения приняты при составлении уравнения теплового баланса электрической машины?

7. Что мы понимаем под идеализированной электрической машиной? Дайте ее определение.

1. Что понимают под термином «обобщенная электрическая машина»?

2. Изобразите схему модели обобщенной машины Г. Крона.

3. Запишите математическую модель обобщенной машины в системе координат,.

4. Назовите независимые переменные математической модели обобщенной машины.

5. Что понимают под параметрами математической модели обобщенной машины?

6. Напишите уравнение электромагнитного момента обобщенной машины и назовите основные составляющие электромагнитного момента.

7. Охарактеризуйте спектр магнитных полей в воздушном зазоре реальной электрической машины.

8. Назовите основные источники временных составляющих спектра магнитного поля в воздушном зазоре.

9. Назовите основные источники пространственных составляющих спектра магнитного поля в воздушном зазоре.

10.Поясните необходимость многофазных, многообмоточных и многомерных моделей обобщенной машины.

Второй контрольный срез.

1. Назначение и область применения машин постоянного тока.

2. Назовите основные элементы конструкции машины постоянного тока.

3. Поясните принцип действия машины постоянного тока.

Тема 2.2.

1. Дайте классификацию обмоток машин постоянного тока.

2. Назовите основные участки магнитной цепи машины постоянного тока.

3. Изобразите схему простой волновой обмотки.

4. Изобразите схему простой петлевой обмотки.

5. Изобразите схему комбинированной обмотки.

6. Назовите условия симметрии якорной обмотки.

7. Поясните назначение и конструкцию уравнительных соединений якорной обмотки.

Тема 2.3.

1. Напишите уравнение ЭДС ветви якорной обмотки.

2. Какими параметры МПТ определяют значение конструкционного коэффициента Се?

3. Поясните физический смысл коэффициента укорочения обмотки электрической машины.

4. Поясните влияние скоса паза на гармонический состав ЭДС обмотки якоря.

5. Какие параметры электрической машины определяют ее электромагнитный момент?

1. Изобразите распределение индукции в воздушном зазоре МПТ с ненасыщенной магнитной системой.

2. Дайте общую характеристику магнитного поля нагруженной МПТ.

3. Поясните физический смысл термина «реакция якоря».

4. Когда возникает поперечная реакция якоря?

5. Как распределяется МДС и индукция поперечного поля якоря в воздушном зазоре?

6. Поясните, в каком случае поперечная реакция якоря размагничивает основное магнитное поле машины.

7. В каком случае возникает продольная реакция якоря и каково ее влияние на основное магнитное поле машины?

8. Поясните влияние поперечной реакции якоря на потенциальную диаграмму коллектора.

9. Назовите методы компенсации поперечной реакции якоря в МПТ.

1. Дайте определение коммутации тока якоря коллекторных МПТ.

2. Назовите причины искрения щеток.

3. Назовите основные положения классической теории коммутации Арнольда.

4. Поясните природу ЭДС, возникающих в коммутируемой секции.

5. Назовите виды коммутации коллекторных МПТ.

6. Назовите способы улучшения коммутации коллекторных МПТ.

Третий контрольный срез.

1. По какому признаку классифицируют генераторы постоянного тока?

2. Поясните с помощью энергетической диаграммы потери, возникающие при генерации постоянного тока.

3. Каковы условия самовозбуждения генераторов параллельного и смешанного возбуждения?

4. Назовите три причины изменения напряжения на зажимах генератора с параллельным возбуждением при увеличении нагрузки.

5. Сравните внешние характеристики генераторов при различных способах возбуждения.

6. Сравните регулировочные характеристики генераторов с различными способами возбуждения.

7. Назовите условия включения генераторов постоянного тока в параллельную работу.

1. Какие характеристики служат для оценки рабочих свойств ДПТ?

2. Дайте математическое описание процесса преобразования энергии в ДПТ независимого возбуждения с позиций обобщенной машины.

3. Изобразите график и приведите аналитическое описание статической электромеханической характеристики ДПТ независимого возбуждения.

4. Дайте определение жесткости механической характеристики ДПТ.

5. Назовите условие устойчивой работы двигателя в составе электромеханической системы.

6. С помощью статической механической характеристики поясните возможные энергетические режимы работы ДПТ независимого возбуждения.

7. Изобразите искусственные характеристики ДПТ независимого возбуждения при изменении сопротивления в якорной цепи, при изменении напряжения в якорной цепи и при изменении магнитного потока обмотки возбуждения.

8. Изобразите график и приведите аналитическое описание статической механической характеристики ДПТ последовательного и смешанного возбуждения.

9. С помощью статической механической характеристики поясните возможные энергетические режимы работы ДПТ последовательного и смешанного возбуждения.

10.Изобразите искусственные характеристики ДПТ последовательного и смешанного возбуждения при изменении сопротивления в якорной цепи, при изменении напряжения в якорной цепи, при изменении магнитного потока обмотки возбуждения.

11.Назовите способы пуска двигателя постоянного тока.

12.Назовите способы регулирования скорости ДПТ.

13.Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения?

14.Поясните принцип действия магнитогидродинамических машин.

15.Поясните принцип действия униполярных машин.

Четвертый контрольный срез.

Тема 4. 1. Поясните назначение трансформатора и его роль в электроэнергетике.

2. Поясните принцип действия трансформатора.

3. Какие виды трансформаторов и устройств трансформаторного типа вы знаете?

4. Назовите основные элементы конструкции трансформатора.

5. Назовите типы магнитных систем трансформаторов.

6. Назовите типы и конструкцию обмоток трансформаторов.

7. Дайте определение главной и продольной изоляции трансформаторов.

8. Назовите основные типы систем охлаждения масляных трансформаторов.

9. Охарактеризуйте достоинства и недостатки сухих трансформаторов.

1. Какие параметры трансформатора можно определить по данным опыта короткого замыкания?

2. Дайте определение напряжения короткого замыкания трансформатора.

4. Изобразите векторную диаграмму трансформатора в режиме короткого замыкания.

5. Какие потери возникают в трансформаторе при коротком замыкании?

6. Характеристики короткого замыкания трансформатора.

1. Изобразите схему замещения трансформатора в режиме холостого хода.

2. Индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки трансформатора.

3. Какие параметры трансформатора определяются в ходе опыта холостого хода?

3. Назовите причины возникновения потерь в стали трансформатора.

4. Как определяют параметры трехфазного трансформатора в ходе опыта холостого хода?

5. При каком первичном напряжении можно определить коэффициент трансформации трансформатора?

1. Изобразите упрощенную векторную диаграмму трансформатора при активноиндуктивной нагрузке.

2. Назовите причины изменения вторичного напряжения трансформатора.

3. Изобразите внешнюю характеристику трансформатора и напишите ее уравнение.

4. Изобразите зависимость КПД трансформатора от нагрузки и приведите аналитическую зависимость КПД от основных параметров трансформатора.

5. Назовите способы регулирования напряжения трансформаторов.

6. Как определяется «годовой КПД» трансформатора?

1. Назовите основные схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов.

2. Что представляет собой группа соединения обмоток трехфазного трансформатора?

3. Поясните зависимость гармонического состава ЭДС трехфазного трансформатора от схемы соединения обмоток.

4. Назовите возможные группы соединений обмоток однофазного трансформатора.

5. Поясните, как получить четные группы соединения обмоток трехфазного трансформатора.

1. Назовите условия включения трансформаторов в параллельную работу.

2. Поясните причины, вынуждающие включать трансформаторы в параллельную работу.

3. Как распределяются ток и мощность нагрузки между параллельно работающими трансформаторами?

4. Поясните причины возникновения уравнительных токов при включении в параллельную работу трансформаторов с разными коэффициентами трансформации.

5. Поясните причину возникновения уравнительных токов в случае параллельного включения трехфазных трансформаторов с различными группами соединения обмоток.

6. Почему трансформаторы, предназначенные для включения в параллельную работу, должны иметь близкие значения напряжений короткого замыкания?

1. Поясните сущность метода симметричных составляющих.

2. Чем обусловлено искажение звезды фазных напряжений первичной обмотки при несимметричной нагрузке трансформатора при схеме соединения обмоток Y/Yн?

3. Поясните пути прохождения магнитных потоков нулевой последовательности в магнитных системах стержневого и броневого трехфазного трансформатора.

4. Поясните преимущество схемы соединения обмоток /Yн при трансформации несимметричных токов.

5. Каково назначение компенсационной обмотки в трехфазном трансформаторе?

6. Поясните работу трансформатора на несимметричную нагрузку при соединении обмоток трансформатора Y/Zн.

Тема 4. 1. Назовите причины возникновения переходных процессов в трансформаторе.

2. Чем обусловлен бросок тока намагничивания при включении трансформатора вхолостую?

3. Каковы причины возникновения перенапряжений в обмотках трансформаторов?

4. Назовите способы защиты обмоток трансформатора от перенапряжений.

5. Какие параметры трансформатора определяют величину ударного тока при симметричном трехфазном коротком замыкании?

6. Схема замещения трансформатора при перенапряжениях.

7. Переходные процессы в трансформаторах при перенапряжениях.

Тема 4. 1. Назовите особенности работы трехобмоточного трансформатора.

2. Поясните принцип работы автотрансформатора.

3. Поясните принцип работы импульсного трансформатора.

4. Поясните принцип работы измерительных трансформаторов тока и напряжения.

5. Поясните особенности работы трансформаторов частоты и числа фаз.

Пятый контрольный срез.

1. Объясните принцип действия асинхронной машины.

2. Почему ротор асинхронного двигателя не может вращаться с частотой вращения магнитного поля статора?

3. Дайте определение скольжению асинхронной машины.

4. Как устроен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

5. Как устроен асинхронный двигатель с фазным ротором?

1. Напишите систему уравнений описывающих работу асинхронной машины в динамических режимах.

2. Покажите математическую модель асинхронной машины, описывающую её работу в установившемся режиме.

3. Поясните Т-образную схему замещения асинхронной машины.

4. Чем отличается Г-образная схема замещения асинхронной машины от Т-образной схемы?

5. Изобразите векторную диаграмму асинхронной машины в двигательном режиме работы.

6. В чем заключается физический смысл приведения параметров асинхронной машины?

7. Какая часть схемы замещения эквивалентна механической нагрузке на валу двигателя?

1. Какие параметры асинхронной машины определяют величину тока в обмотке роторе при работе машины в установившемся режиме?

2. Напишите уравнение статической механической характеристики асинхронной машины.

3. Изобразите статическую механическую характеристику асинхронной машины при работе в двигательном и генераторном режимах.

4. Изобразите статическую электромеханическую характеристику асинхронной машины при работе в двигательном и генератор-ном режимах.

5. Какие параметры асинхронной машины определяют значение момента и скольжения в критических точках механической характеристики?

6. Поясните условия устойчивой работы асинхронной машины.

7. Назовите способы получения искусственных характеристик асинхронной машины.

8. Изобразите искусственные характеристики асинхронной машины, полученные при изменении напряжения статора, при изменении частоты напряжения статора, при изменении сопротивления ротора. при изменении активного и индуктивного сопротивления статора.

Тема 5. 1. В каких генераторных режимах может работать асинхронная машина?

2. Назовите условия самовозбуждения асинхронного генератора в автономном режиме работы.

3. Изобразите векторную диаграмму асинхронной машины при работе в режиме генератора параллельно с сетью.

4. Назовите тормозные режимы работы асинхронной машины, 5. Изобразите схему включения асинхронной машины в режиме конденсаторного торможения.

6. Изобразите механические характеристики асинхронного двигателя при динамическом торможении.

7. Изобразите схему включения и векторную диаграмму асинхронной машины работающей в режиме фазорегулятора.

8. Изобразите схему включения и векторную диаграмму асинхронной машины работающей в режиме индукционного регулятора.

9. Чем отличается сдвоенный индукционный регулятор от одиночного?

10.Изобразите схему и поясните работу асинхронного преобразователя частоты.

Шестой контрольный срез.

1. Назовите способы пуска асинхронных двигателей.

2. Назовите достоинства и недостатки прямого пуска АД.

3. Объясните реакторный и автотрансформаторный способ пуска АД.

4. Назовите достоинства и недостатки пуска АД путем переключения схемы соединения обмотки статора Y/.

5. Поясните, почему при малой нагрузке АД (до 40 %) переключение схемы соединения обмотки статора с на Y позволяет экономить энергию?

6. Покажите схему реостатного пуска АД с фазным ротором.

7. Поясните принцип действия устройства «мягкого пуска» асинхронного двигателя.

8. Эффект вытеснения тока в обмотке ротора асинхронного двигателя.

1. Поясните способы регулирования скорости вращения ротора АД, основанные на изменении скорости вращения поля статора.

2. Назовите способы регулирования скорости вращения ротора АД, основанные на изменении скольжения.

3. Поясните работу схемы переключения числа пар полюсов обмотки статора с сохранением постоянного момента АД.

4. Поясните работу схему переключения числа пар полюсов обмотки статора с сохранением постоянной мощности АД.

5. Назовите параметрические способы регулирования скорости АД.

6. Поясните принцип частотного регулирования скорости АД.

7. С какой целью применяют асинхронные каскады?

8. Изобразите электрическую схему и механические характеристики электромеханического каскада.

9. Изобразите электрическую схему и механические характеристики электрического каскада.

10.Изобразите электрическую схему и механические характеристики асинхронновентильного каскада.

11.Дайте критическую оценку известных вам способов регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.

1. Как изменится мощность трехфазного двигателя при обрыве одной из фаз питающего напряжения во время его работы?

2. Назовите способы пуска однофазных асинхронных двигателей.

3. Поясните принцип работы конденсаторного асинхронного двигателя.

4. Поясните особенности работы и область применения асинхронного двигателя с массивным ротором.

5. Поясните особенности работы асинхронного двигателя с полым ротором.

6. Поясните принцип работы электромагнитного индукционного насоса.

7. Поясните принцип работы асинхронного линейного двигателя.

8. Какие серии асинхронных двигателей вы знаете?

9. Дайте краткую характеристику серии асинхронных двигателей 5А и РА.

10. Как влияет на технические характеристики двигателя декларируемая заводомизготовителем величина сервис-фактора?

Седьмой контрольный срез.

1. Назовите основные конструкционные схемы синхронных машин.

2. Опишите конструкцию явнополюсной синхронной машины?

3. Опишите конструкцию неявнополюсной синхронной машины?

4. Когда была создана трехфазная синхронная машина?

5. Почему роторы гидрогенераторов имеют многополюсную конструкцию, а турбогенераторов – двух- или четырехполюсную?

6. Назовите обмотки, установленные на роторе гидрогенератора?

7. Напишите уравнения, описывающие процесс электромеханического преобразования энергии в синхронной машине в установившемся режиме работы.

1. Изобразите угловую характеристику электромагнитной мощности явнополюсного синхронного генератора.

2. Изобразите угловую характеристику электромагнитной мощности неявнополюсного синхронного генератора.

3. Изобразите угловую характеристику момента синхронной машины.

4. Изобразите механическую характеристику синхронной машины?

5. Как определяется перегрузочная способность и критический момент синхронного двигателя?

6. Дайте определение синхронизирующей мощности синхронной машины.

7. Покажите на угловой характеристике область устойчивой работы генератора и поясните условия его устойчивой работы.

8. Изобразите U-образную характеристику синхронной машины.

9. Характер реакция якоря в синхронном двигателе при перевозбуждении машины?

Восьмой контрольный срез.

1. Назовите энергетические режимы работы синхронной машины.

2. Назовите способы пуска синхронных двигателей и дайте их краткую характеристику.

3. Поясните порядок переключения обмотки возбуждения при асинхронном пуске синхронного двигателя.

4. Каково назначение синхронных компенсаторов?

5. В чем заключается конструктивное отличие синхронного компенсатора от синхронного двигателя?

6. Поясните термин «переходные индуктивные сопротивления».

7. Поясните термин «сверхпереходные индуктивные сопротивления».

1. Поясните, как работает индукторный генератор.

2. Поясните принцип действия реактивного синхронного двигателя.

3. Каковы достоинства и недостатки синхронного гистерезисного двигателя?

4. Поясните конструкцию и принцип действия одноякорного преобразователя.

5. Поясните конструкцию и принцип действия машины двойного питания.

1. Поясните принцип работы коллекторных машин переменного тока.

2. Назовите область применения коллекторных машин переменного тока.

3. Репульсионные двигатели История открытия электромеханического способа преобразования энергии.

Классификация индуктивных электромеханических преобразователей энергии.

Основные термины и определения в области электрических машин.

Принципы электромеханического преобразования энергии.

Режимы работы электромеханических преобразователей (ЭП).

Математическое описание процесса электромеханического преобразования энергии.

Понятие об идеализированной электрической машине.

Обобщенный электрический преобразователь энергии.

Математическая модель обобщенного электромеханического преобразователя.

Электромагнитный момент обобщенного электромеханического преобразователя.

10.

Устройство машины постоянного тока (МПТ).

11.

Принцип действия машины постоянного тока.

12.

Классификация обмоток электрических машин.

13.

Якорные обмотки машин постоянного тока.

14.

Уравнительные соединения (уравнители) в якорных обмотках.

15.

Обозначение выводов обмоток МПТ.

16.

ЭДС якорной обмотки МПТ при холостом ходе.

17.

Магнитное поле МПТ при нагрузке. Реакция якоря.

18.

Продольная и поперечная намагничивающая сила якоря.

19.

Влияние реакции якоря на распределение напряжения между коллекторными пластинами.

20.

Коммутация тока якоря машин постоянного тока.

21.

Способы улучшения коммутации.

22.

Общие сведения о генераторах постоянного тока.

23.

Параллельная работа генераторов постоянного тока.

24.

Общие сведения о двигателях постоянного тока (ДПТ).

25.

Рабочие характеристики всех типов ДПТ.

26.

Электромеханические свойства ДПТ независимого возбуждения.

27.

Двигатели последовательного возбуждения.

28.

Статические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.

29.

Режимы работы ДПТ последовательного возбуждения.

30.

Двигатели смешанного возбуждения.

31.

Пусковые и перегрузочные свойства двигателей постоянного тока.

32.

Пуск и остановка МПТ.

33.

Конструкция асинхронной машины (АМ).

34.

Конструкция АМ с фазным ротором.

35.

Принцип действия асинхронной машины.

36.

Режимы работы асинхронной машины.

37.

Математическое описание процессов преобразования энергии в асинхронных машинах.

38.

Векторная диаграмма асинхронной машины в режиме двигателя.

39.

Г-образная схема замещения асинхронной машины.

40.

Уравнение механической характеристики асинхронной машины.

41.

Условия устойчивой работы асинхронной машины.

42.

Искусственные характеристики асинхронной машины.

43.

Генераторный режим работы асинхронной машины.

44.

Условия самовозбуждения асинхронного генератора.

45.

Тормозные режимы работы асинхронной машины.

46.

Трансформаторный режим работы асинхронной машины. Фазорегуляторы.

47.

Эффект вытеснения тока в обмотке ротора.

48.

Обозначение выводов обмоток машин переменного тока на схемах.

49.

Способы пуска в ход трехфазных асинхронных двигателей.

50.

Прямой пуск асинхронного двигателя.

51.

Реакторный и автотрансформаторный пуски асинхронного двигателя.

52.

Пуск асинхронного двигателя переключением схемы соединения обмотки статора 53.

«звезда – треугольник».

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором с помощью пускового реостата.

54.

Параметрические способы регулирования скорости асинхронного двигателя.

55.

Однофазные асинхронные двигатели.

56.

Однофазные асинхронные двигатели с пусковой обмоткой.

57.

Асинхронные двигатели с массивным ротором, с полым немагнитным ротором, электромагнитные индукционные насосы.

Конструкция и принцип действия синхронных машин (СМ).

59.

Режим работы и область применения синхронных машин.

60.

Математическое описание процесса преобразования энергии в синхронных машинах.

61.

Магнитное поле синхронной машины при нагрузке. Реакция якоря.

62.

Реакция якоря при активной нагрузке.

63.

Реакция якоря при индуктивной нагрузке синхронной машины.

64.

Реакция якоря синхронной машины при емкостной нагрузке.

65.

Параметры синхронных машин в установившемся режиме работы.

66.

Характеристики синхронного генератора.

67.

Отношение короткого замыкания (О.К.З.) синхронных машин.

68.

Потери и КПД синхронных машин.

69.

Синхронные двигатели.

70.

Способы пуска синхронных двигателей.

71.

Синхронные компенсаторы.

72.

Параллельная работа синхронных генераторов.

73.

Переходные процессы синхронных машин.

74.

Коллекторные машины переменного тока.

75.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока. Трансформаторы: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб.:

Питер, 2007. – 320 с.

2. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб.: Питер, 2007. – 350 с.

3. Филимонов, С. Г. Электромеханика [Электронный ресурс] ч. 1 : учеб. пособие / ГОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т". – Кемерово, 2009. – 323 с.

http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90395&type=utchposob:common 4. Филимонов, С. Г. Электрические машины переменного тока [Электронный ресурс] : учеб. пособие / ГОУ ВПО "Кузбас. гос. техн. ун-т". – Кемерово, 2010. – 193 с.

http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90476&type=utchposob:common 5. Проектирование электрических машин: учебник для электромеханических и электроэнергетических специальностей вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; под ред. И. П. Копылова. – М.: Высш. шк., 2002. – 757 с.

6. Сергеев, П. С. Проектирование электрических машин: учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. / П. С. Сергеев, Н. В. Виноградов, Ф. А. Горяинов; под общ. ред. П.

С. Сергеева. – М.: Энергия, 1969. – 632 с.

7. Поволоцкий, М. Е. Проектирование асинхронных электродвигателей. – Куйбышев: Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева, 1970. – 376 с.

8. Морозов, А. Г. Расчет электрических машин постоянного тока: учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 1977. – 264 с.

9. Проектирование электрических машин: учебное пособие для вузов / И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков [и др.]; под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия, 1980. – 496 с.

10. Епифанов, А. П. Электрические машины : учебник для студентов вузов. – СПб. :

Лань, 2006. – 272 с.

http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id= Библиотечный фонд КузГТУ для ведения подготовки по направлению 130400 (специализация «Электрификация и автоматизация горного производства») включает в себя следующие научные журналы: «Горная промышленность», «Горное оборудование и электромеханика», «Горный журнал», «Уголь», «Известия вузов. Горный журнал», «ТЭК и ресурсы Кузбасса», «Электричество», «Электротехника», «Известия вузов. Электромеханика», «Промышленная энергетика», «Энергосбережение», «Автоматика и телемеханика», Реферативный журнал «Энергетика и электротехника».

КузГТУ обеспечен необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения. В научно-исследовательской работе студентов и в лабораторных стендах по дисциплине "Электрические машины" для автоматизации процесса измерения и визуализации данных лабораторных опытов используется комплекс ПО "PowerGraph 3.3 Professionl"., разработанный малым инновационным предприятием ООО "ДИСофт" при МГУ г. Москва.

Интернет-ресурсы по электрическим машинам:

1. URL: http://www.kuzbass-motor.ru – веб-сайт Internet каталог электрических машин Кемеровского завода электрических машин (дата обращения 15.10.11);

2. URL: http://www.center.eneral.ru/products.html - каталоги электрических машин производителей России и СНГ (дата обращения 15.10.11);

3. URL: http://umup.narod.ru/cat18.html - справочники по электрическим машинам (дата обращения 15.10.11);

4. URL: http://library.nstu.ru/culture/o/2010/el_mash - аннотации к новейшим учебникам по электрическим машинам выпущенным в России (дата обращения 15.10.11).

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения учебного процесса по дисциплине «Электрические машины» кафедра электропривода и автоматизации располагает материально-технической базой, обеспечивающей проведение лекций (ауд. 3308), лабораторных занятий (ауд. 3316 – лаборатория «Электрических машин», оснащенная действующими лабораторными стендами по изучению электрических машин), компьютерным классом (ауд. 3408), оснащенным лицензионным программным обеспечением.

На лекциях по данной дисциплине используются мобильные мультимедийные сред- ства.