Geum.ru

Інститут енергетики та систем керування напрям: Електромеханіка

Вид материалаДокументы

Содержание


II. Електричні апарати
III. Електричні машини систем автоматики
IV. Математичні задачі електромеханіки
V. Основи проектування електромеханічних пристроїв
Подобный материал:

ІНСТИТУТ ЕНЕРГЕТИКИ ТА СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

Напрям: Електромеханіка

Спеціальність: Електричні машини і апарати (0110)


I. Електричні машини


1. Загальні положення

Електричні машини – перетворювачі енергії. Основні типи електричних машин, їх роль і значення в сучасній техніці і енергетиці. Коротка історія розвитку електричних машин і трансформаторів, електромашинобудування і трансформаторобудування. Матеріали, які застосовуються в електромашинобудуванні. Принцип зворотності електричних машин.


2. Машини постійного струму

Основні елементи конструкції машин постійного струму. Принцип роботи машин постійного струму. Класифікація якірних обмоток, їх основні характеристики і принципи виконання. Прості і складні, петльові і хвильові обмотки. Умови симетрії обмоток якоря. Практичне виконання обмоток. Основні області застосування різних типів обмоток якоря. Електрорушійна сила (ЕРС) обмотки якоря. Магнітне поле в повітряному проміжку машини при неробочому ході. Намагнічувальна сила (НС) повітряного проміжку. НС зубців, осердя якоря, полюсів і ярма статора. Крива намагнічування машини. Магнітне поле машини при навантаженні. Реакція якоря в генераторі. Поперечна і поздовжня магніторушійна сила (МРС) якоря. Реакція якоря в двигуні. Розмагнічувальна сила поперечної реакції якоря. Комутація струму. Значення і суть комутаційного процесу. Прямолінійна комутація. Криволінійна комутація. Основні способи покращення комутації: зміщення щіток з геометричної нейтралі, застосування додаткових полюсів і компенсаційної обмотки, вкорочення кроку обмотки. Втрати і коефіцієнт віддачі машини постійного струму. Генератори постійного струму. Класифікація генераторів за способом збудження. Енергетична діаграма і рівняння електричної рівноваги в генераторі. Електромагнітний момент генератора. Характеристики генераторів. Характеристики генератора з незалежним збудженням: неробочого ходу, навантажувальна, зовнішня і регулювальна. Генератор з паралельним збудженням. Умови його самозбудження і характеристики. Генератор з послідовним збудженням. Генератор зі змішаним збудженням. Паралельна робота генераторів постійного струму. Двигуни постійного струму. Класифікація двигунів за способом збудження. Енергетична діаграма двигуна. Електромагнітний момент двигуна. Рівняння механічної рівноваги (моментів). Рівняння електричної рівноваги. Характеристики двигунів. Пуск в хід і робочі характеристики паралельного двигуна. Регулювання частоти обертання паралельного двигуна реостатом в колі якоря і збудження і зміною напруги мережі. Каскад (система) ГД і ГДМ. Пуск в хід і робочі характеристики послідовного двигуна. Регулювання частоти обертання послідовного двигуна реостатом у колі якоря, шунтуванням обмотки збудження і шунтуванням обмотки якоря. Паралельно-послідовний і послідовно-паралельний двигуни змішаного збудження.


3. Трансформатори

Визначення і основні типи трансформаторів. Основні конструктивні елементи трансформатора. Рівняння трансформатора з феромагнітним осердям. Зведення обмоток трансформатора до одного числа витків. Заступна схема трансформатора. Векторна діаграма трансформатора. Неробочий хід і коротке замикання трансформатора. Зміна напруги трансформатора. Втрати і коефіцієнт віддачі трансформатора. Трифазні трансформатори. Схеми і групи сполучень трифазних двообмоткових трансформаторів. Паралельна робота трансформаторів. Спеціальні типи трансформаторів. Автотрансформатори. Трансформатори для випрямлячів. Зварювальні трансформатори. Трансформатори для регулювання напруги. Пічні трансформатори. Випробувальні трансформатори.

4. Загальні питання теорії машин змінного струму

Класифікація і загальна характеристика машин змінного струму. Основні елементи конструкції і принцип дії машин змінного струму. Загальна характеристика і класифікація якірних обмоток. Принцип складання схеми якірної обмотки. Одношарові якірні обмотки. Двошарові петлеві якірні обмотки з цілою і дробовою кількістю пазів на полюс і фазу. Двошарові хвильові якірні обмотки з цілою і дробовою кількістю пазів на полюс і фазу. Електрорушійна сила (ЕРС) якірної обмотки машини змінного струму. Магніторушійна сила (МРС) однофазної якірної обмотки. Пульсуюче магнітне поле. МРС трифазної обмотки. Обертове магнітне поле. Властивості третьої гармоніки МРС трифазної обмотки.


5. Асинхронні машини

Призначення і роль асинхронної машини в народному господарстві. Типи асинхронних машин. Основні режими роботи трифазної асинхронної машини. Основні елементи конструкції трифазного асинхронного двигуна. Явища в асинхронному двигуні при нерухомому роторі і при обертанні ротора під навантаженням. Основні рівняння асинхронного двигуна. Зведення ротора асинхронної машини до її статора. Рівняння зведеного асинхронного двигуна. Заступна схема і векторна діаграма асинхронного двигуна. Неробочий хід і дослід короткого замикання асинхронного двигуна. Енергетична діаграма асинхронного двигуна. Електромагнітний момент асинхронного двигуна. Робочі характеристики асинхронного двигуна. Пуск в хід асинхронних двигунів. Двоклітковий двигун. Глибокопазний двигун. Регулювання частоти обертання асинхронних двигунів зміною ковзання (підведеної напруги і введенням опору в коло фазного ротора), зміною кількості пар полюсів і частоти напруги живлення. Гальмування асинхронної машини (рекуперативне, динамічне і противмиканням). Індукційний регулятор. Фазорегулятор. Однофазний асинхронний двигун. Однофазний двигун з конденсаторним пуском і однофазний конденсаторний двигун. Пуск однофазного двигуна за допомогою короткозамкненої екрануючої обмотки.


6. Синхронні машини

Основні визначення і типи синхронних машин. Короткий опис основних конструктивних елементів турбогенераторів і гідрогенераторів. Реакція якоря в синхронному генераторі при активному, індуктивному і ємнісному навантаженнях. Реакція якоря при змішаному навантаженні. Реакція якоря в однофазній синхронній машині. Векторна діаграма неявнополюсного генератора з врахуванням і без врахування насичення (діаграма Пот’є). Векторна діаграма явнополюсного генератора з врахуванням і без врахування насичення (діаграма Блонделя). Характеристики синхронних генераторів. Відношення короткого замикання. Визначення параметрів обмотки статора за характеристиками. Умови вмикання синхронних генераторів на паралельну роботу. Вмикання по методу самосинхронізації. Електромагнітна і синхронізуюча потужність генератора. Перевантажувальна здатність синхронного генератора. Поняття про статичну і динамічну стійкість. Синхронні двигуни. Конструктивні особливості синхронного двигуна. Векторні діаграми синхронного двигуна. Електромагнітна потужність, синхронізуюча потужність і перевантажувальна здатність двигуна. U-подібні характеристики. Робочі характеристики синхронного двигуна. Втрати і коефіцієнт віддачі синхронних машин. Асинхронний пуск синхронних двигунів. Реактивний синхронний двигун. Синхронний компенсатор. Вентильний двигун. Основні відомості про колекторні машини змінного струму. Однофазні колекторні двигуни з послідовним збудженням. Універсальні двигуни.


II. Електричні апарати


1. Основи теорії ЕА

Електричний апарат (ЕА) як засіб керування потоками енергії. Класифікація ЕА за призначенням, за струмом, за напругою. Кінематичні і статичні апарати. Основні тенденції розвитку ЕА. Вимоги до ЕА. Умовні позначення ЕА.


2. Електромагнітні і електромеханічні явища в ЕА

Використання електромеханічних пристроїв в ЕА. Магнітні кола електромагнітів постійного струму. Методи розрахунку. Магнітні провідності повітряних проміжків. Розрахунок провідностей між паралельними площинами і площинами нахиленими під кутом. Методи розрахунку магнітних провідностей. Розрахунок нелінійних магнітних кіл. Загальне рівняння магнітного кола з врахуванням потоків розсіяння і магнітного опору магнітопровода. Перетворення енергії в електромагніті. Сила електромагнітного притягання. Тягова характеристика електромагніта. Розрахунок тягової характеристики з врахуванням магнітного опору і потоків розсіяння. Магнітні кола електромагнітів змінного струму. Заступна схема. Розрахунок магнітних кіл змінного струму з к.з. витком. Особливості розрахунку тягової характеристики електромагніта змінного струму. Узгодження тягової характеристики і характеристики протидіючих пружин. Елементи динаміки електромагніта. Час спрацювання. Методи прискорення і сповільнення спрацювання електромагніта. Електродинамічні зусилля в ЕА. Розрахунок електродинамічних зусиль. Електродинамічні зусилля при різних формах струмопроводів. Нагрів ЕА. Джерела теплоти в апаратах. Особливості розрахунку втрат. Нагрів однорідних елементів в усталеному режимі. Нагрів апаратів в перехідних режимах роботи. Поняття постійної нагріву. Короткочасний і повторно-короткочасний режими роботи.


3. Конструкція та принцип дії типових ЕА

Електричні контакти. Опір замкнутих контактів. Нагрів контактів і їх Ом-вольтна характеристика. Зварювання контактів. Конструкція контактів. Явища, що супроводжують замикання та розмикання контактів. Геркони. Електрична дуга як явище при комутації електричних кіл. Вольт-амперна характеристика стаціонарної дуги постійного струму. Умови горіння і погасання ел. дуги постійного струму. Електрична дуга в колах змінного струму. Умови запалювання ел. дуги. ЕА кінематичної комутації. Електричні апарати розподільчих пристроїв низької напруги. Автоматичні вимикачі. Призначення. Вимоги. Конструкція. Запобіжники. Основні параметри і вимоги. Робота запобіжника при номінальному струмі і струмах кроткого замикання. Вибір запобіжників. Електричні апарати управління електроприводами. Контактори постійного та змінного струму. Конструкція. Вибір контакторів. Магнітні пускачі. Напівпровідникові безконтактні елементи електричних апаратів. Тиристорні пускачі. Недоліки і переваги напівпровідникової і контактної комутації. Реле. Класифікація. Основні характеристики. Вимоги. Електромагнітні реле струму і напруги. Конструкція. Вибір реле. Теплові реле. Принцип дії. Конструкція. Індукційні реле. Принцип дії. Конструкція. Електромеханічні реле часу. Основні характеристики. Конструкція. Регулювання витримки часу в реле з електромагнітним сповільненням. Магнітні підсилювачі. Теорія і основні співвідношення дросельного магнітного підсилювача. Характеристики керування магнітного підсилювача. Зовнішні зворотні зв’язки. Релейний режим роботи магнітного підсилювача. Магнітний підсилювач з самонасиченням. Двопівперіодні схеми. Характеристика. Коефіцієнт підсилення. Вплив різних чинників на роботу магнітного підсилювача. Давачі. Основні характеристики. Контактні і безконтактні давачі.


III. Електричні машини систем автоматики


1. Силові ЕМСА

Призначення, типи електричних машин систем автоматики (ЕМСА), загальні вимоги до них. Двофазна симетрична ЕМ. Будова, НС і поле. Умови утворення колової НС і поля. Аналіз асинхронної машини (АМ) з симетричною обмоткою статора, псевдосиметрична обмотка та її зведення. Двофазна АМ з псевдосиметричною обмоткою статора при несиметричному живленні. Метод обертових НС (потоків) та метод симетричних складових: сутність, взаємний зв’язок методів, основні розрахункові співвідношення, заступні схеми, електромагнітний момент, характеристики. Вибір фазозміщувального опору для двофазної АМ при її однофазному живленні. АМ з масивним ротором. Особливості будови, фізичних явищ і аналізу асинхронних двигунів (АД) з феромагнітним та немагнітним масивними роторами циліндричного, лінійного та сегментного виконань. Однофазні АД. АД з однією увімкненою в мережу обмоткою статора. Типи однофазних АД з пусковою ємністю. АД з підвищеним активним опором пускової обмотки. Конденсаторний АД. АД з екранованими полюсами. Магнітоелектричні машини. Конструкції, матеріали. Робоча діаграма постійного магніту, розрахункові режими, особливості фізичних явищ. Синхронні мікродвигуни (СД) при коловому полі. Будова, типи. Магнітоелектричний СД, його рівняння, векторна діаграма, струм якоря, момент, характеристики, особливості фізичних явищ, пуск. Реактивні та гістерезисні СД, їх конструкція, утворення електромагнітного моменту, розрахункові співвідношення, характеристики, пуск. Однофазні СД, особливості роботи і пуску; вибір фазозміщувального елементу. Індукторні ЕМ. Конструктивні типи: магнітна провідність повітряно-зубцево-пазового шару, зубцеві гармоніки, їх параметри. Колекторні мікродвигуни (КД). КД постійного струму: особливості фізичних явищ та способи регулювання, Швидкість обертання, розрахункові співвідношення та характеристики. Однофазні колекторні мікродвигуни: електромагнітний момент, рівняння, векторна діаграма, основні співвідношення. Універсальний КД. Вентильні двигуни. Схеми, будова, принцип дії, фізичні явища, розрахункові співвідношення, характеристики.


2. Інформаційно-силові ЕМСА

Загальна характеристика. Виконавчі двигуни постійного струму (ВДПС). Асинхронні виконавчі двигуни (АВД). Загальні вимоги та характеристики. Теорія ідеального АВД при амплітудному, фазовому та амплітудно-фазовому керуванні. Крокові СД. Структурна схема. Типи СД. Способи керування, основні співвідношення. Моментні двигуни. Особливості конструкції, основні характеристики.


3. Інформаційні ЕМ

Тахогенератори (ТГ). Асинхронний тахогенератор: конструкція, принцип дії, основні співвідношення, вихідні характеристики, похибки та показники роботи. Обертові трансформатори Призначення, будова, фізичні явища, симетрування. Елементи теорії синусно-косинусного ОТ, його вихідні характеристики та похибки. Лінійні ОТ та ОТ-фазообертач: схеми з’єднання, основні співвідношення, вихідні характеристики, похибки. Синусно-косинусні ОТ в схемах синхронного зв’язку. Однофазні сельсини. Будова, типи, принцип роботи, основні співвідношення, характеристики та похибки сельсинів в індикаторному та трансформатоному режимах.


4. Спеціальні трансформатори (СТ)

СТ для регулювання напруги. Схеми, класифікація, особливості фізичних явищ та особливості роботи. СТ для випрямлячів та автономних інверторів. Схеми, особливості фізичних явищ і показників роботи окремих типів, основні співвідношення та характеристики.

IV. Математичні задачі електромеханіки


1. Задачі електромеханіки та їх математичне представлення

Загальна характеристики предмету та його місце в інженерній підготовці. Використання ПК при розв’язуванні задач електромеханіки. Основи теорії векторних функцій векторного аргументу (ВФВА) та їх застосування в задачах електромеханіки. Задачі електромеханіки, які зводяться до розв’язування лінійних систем алгебричних рівнянь (САР). Математичне формулювання задачі, класифікація та порівняння методів розв’язування лінійних САР. Задачі електромеханіки, які зводяться до розв’язування нелінійних САР. Задачі електромеханіки, які зводяться до обчислення многочленів Тейлора і Фур’є та їх похідних.


2. Застосування математичнмх функцій в електромеханіці

Задачі електромеханіки, які зводяться до наближення таблично заданих функцій (ТЗФ). Чисельне диференціювання та його застосування в задачах електромеханіки. Задачі електромеханіки, які зводяться до чисельного інтегрування систем диференційних рівнянь (СДР). Задачі оптимізації та загальна характеристика методів їх розв’язування. Крайові задачі електродинаміки та загальна характеристика чисельних методів їх розв’язування.


V. Основи проектування електромеханічних пристроїв


1. Проектування силових трансформаторів невеликої потужності

Питання оптимального проектування, критерії оптимальності та їх залежність від розмірів осердя. Розрахунок розмірів магнітопроводу, вибір матеріалу магнітопроводу. Розрахунок обмоткових даних та розмірів котушки. Розрахунок маси обмоток та маси осердя. Розрахунок втрат та коефіцієнта корисної дії. Розрахунок струму неробочого ходу. Розрахунок активних та індуктивних опорів обмоток, напруги короткого замикання, зміни напруги при навантаженні.


2. Проектування електромагнітів постійного і змінного струму

Параметри і характеристики електромагнітів, сфера їх використання, задача і порядок проектування, вихідні дані. Конструкційні форми електромагнітів, їх порівняльна характеристика, визначення основних розмірів і параметрів електромагніта. Розрахунок магнітного кола і тягової характеристики.


3. Проектування машин постійного струму (МПС)

Технічне завдання на проектування та послідовність розрахунку. Головні розміри МПС та їх розрахунок за рівнянням Арнольда. Розрахунок електромагнітної потужності та вибір електромагнітних навантажень. Вибір кількості полюсів, розрахунок довжини осердя якоря, пакетування якоря. Типи якірних обмоток, їх порівняльна характеристика та область використання. Розрахунок обмоткових даних якоря. Вибір форми паза та розрахунок розмірів напівзакритих і відкритих пазів. Розрахунок розмірів та активного опору обмотки якоря, розрахунок індуктивного опору розсіяння секції та обмотки якоря. Розрахунок повітряного проміжку та розмірів головного полюса і станини. Компенсаційна обмотка та її розрахунок. Розрахунок магнітної та перехідної характеристик та визначення розмагнічувальної дії поперечної реакції якоря. Розрахунок магніторушійної сили та обмоткових даних обмоток паралельного та послідовного збудження для генератора та двигуна. Розрахунок комутації та додаткових полюсів. Розрахунок робочих характеристик.