Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Maszyny elektryczne w energetyce Rok akademicki: 2013/2014 Kod: EEL s Punkty ECTS: 5 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 5 Strona www: Osoba odpowiedzialna: Skwarczyński Jerzy (jskw@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna własności transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych jako podstawowych elementów systemu elektroenergetycznego, w stanach ustalonych i przejściowych. EL1A_W13, EL1A_W16 Kolokwium M_W002 Zna własności transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych w warunkach niesymetrii zasilania. EL1A_W07, EL1A_W13 Sprawozdanie M_W003 Zna i rozumie wpływ stanów przejściowych silników elektrycznych i generatorów na jakość energii elektrycznej sieci, w której pracują. EL1A_W06 M_W004 Zna i rozumie analog mechaniczny moment bezwładności, sprężystość, tłumik generatora synchronicznego w stanach dynamicznych, tłumaczący kołysania wirnika oraz ich wpływ jakość produkowanej energii elektrycznej. EL1A_W10 M_W005 Rozumie aspekty ekonomiczne i praktyczne pracy równoległej transformatorów oraz jej uwarunkowania. EL1A_W16 Odpowiedź ustna 1 / 7

2 M_W006 Zna i rozumie aspekty ekonomiczne regulacji napięcia przy częstotliwościowej regulacji prędkości silników indukcyjnych. EL1A_W13 Odpowiedź ustna Umiejętności M_U001 Potrafi zaproponować, wykonać i opracować wyniki pomiarów dla ustalenia parametrów i własności transformatora, silnika indukcyjnego i generatora synchronicznego jako podstawowych elementów systemu elektroenergetycznego. EL1A_U03, EL1A_U12, EL1A_U21 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_U002 Potrafi wykorzystać parametry katalogowe transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych do oceny ich własności w stanach ustalonych, przejściowych oraz w warunkach niesymetrii zasilania. EL1A_W06, EL1A_W07, EL1A_U14 M_U003 Potrafi ocenić prądy i momenty w asynchronicznych stanach pracy generatora oraz ich wpływ na jakość energii elektrycznej. EL1A_U14 Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi pracować w grupie i współdziałać z nią przy realizacji tematu badawczego, zarówno w laboratorium pomiarowym, jak i komputerowym. EL1A_K04 Zaangażowanie w pracę zespołu M_K002 Student potrafi sporządzić sprawozdanie i dokumentację wykonanych badań w laboratorium pomiarowym oraz odpowiednio opracować wyniki pomiarów i wyciągnąć wnioski. EL1A_K02 Zaliczenie laboratorium Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne Inne terenowe E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Zna własności transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych jako podstawowych elementów systemu elektroenergetycznego, w stanach ustalonych i przejściowych. Zna własności transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych w warunkach niesymetrii zasilania / 7

3 M_W003 M_W004 M_W005 M_W006 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Zna i rozumie wpływ stanów przejściowych silników elektrycznych i generatorów na jakość energii elektrycznej sieci, w której pracują. Zna i rozumie analog mechaniczny moment bezwładności, sprężystość, tłumik generatora synchronicznego w stanach dynamicznych, tłumaczący kołysania wirnika oraz ich wpływ jakość produkowanej energii elektrycznej. Rozumie aspekty ekonomiczne i praktyczne pracy równoległej transformatorów oraz jej uwarunkowania. Zna i rozumie aspekty ekonomiczne regulacji napięcia przy częstotliwościowej regulacji prędkości silników indukcyjnych. Potrafi zaproponować, wykonać i opracować wyniki pomiarów dla ustalenia parametrów i własności transformatora, silnika indukcyjnego i generatora synchronicznego jako podstawowych elementów systemu elektroenergetycznego. Potrafi wykorzystać parametry katalogowe transformatorów, silników indukcyjnych i generatorów synchronicznych do oceny ich własności w stanach ustalonych, przejściowych oraz w warunkach niesymetrii zasilania. Potrafi ocenić prądy i momenty w asynchronicznych stanach pracy generatora oraz ich wpływ na jakość energii elektrycznej Kompetencje społeczne M_K001 Student potrafi pracować w grupie i współdziałać z nią przy realizacji tematu badawczego, zarówno w laboratorium pomiarowym, jak i komputerowym / 7

4 M_K002 Student potrafi sporządzić sprawozdanie i dokumentację wykonanych badań w laboratorium pomiarowym oraz odpowiednio opracować wyniki pomiarów i wyciągnąć wnioski Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 1. Transformatory przypomnienie: model matematyczny transformatora jednofazowego dla dowolnych stanów pracy, schemat zastępczy, parametry, indukcyjności rozproszenia, schemat zastępczy dla stanu ustalonego przy zasilaniu napięciem przemiennym, stan biegu jałowego i stan zwarcia pomiarowego wykorzystanie wyników pomiarów: straty, przekładnia, reaktancja magnesująca i reaktancja zwarcia. 2. Transformatory, praca równoległa w warunkach pełnej symetrii uzasadnienie stosowania równoległego łączenia transformatorów. Model pracy równoległej transformatorów jednofazowych jako reprezentacja pracy równoległej transformatorów trójfazowych. Warunki prawidłowej pracy równoległej. Znaczenie grupy połączeń i przesunięcia godzinowego. Warunki prawidłowego rozkładu obciążeń. 3. Transformatory, praca w warunkach niesymetrii zewnętrznej schematy zastępcze transformatora dla składowej zgodnej, przeciwnej i zerowej. Współpraca z siecią przy połączeniu uzwojeń w gwiazdę i trójkąt. Zestawienie układu równań macierzowych w przestrzeni S systemu i transformatora Dy0. 4. Transformatory trójfazowe trójuzwojeniowe, autotransformatory ekonomiczne aspekty konstrukcji. Autotransformator budowa i zasada działania, moc przechodnia i własna, współczynnik redukcji, zakres sensownych przekładni, napięcie zwarcia, konsekwencje galwanicznego połączenia strony pierwotnej i wtórnej. Transformator trójfazowy trójuzwojeniowy budowa, schemat zastępczy, moc znamionowa, identyfikacja, napięcia zwarcia. 5. Trójfazowe maszyny indukcyjne przypomnienie rodzajów konstrukcji, zasad działania, charakterystyk i własności statycznych oraz równań dynamiki w przestrzeni 0dq. Stany nieustalone przy zmiennej prędkości obrotowej rozruch, przebiegi nieustalone w procesie rozruchu symulacja komputerowa rozruchu i obciążenia demonstracja: wpływ momentu bezwładności na czas rozruchu i charakter przebiegów na tle charakterystyk statycznych. Wartości maksymalne prądów i momentu. 6. Trójfazowe maszyny indukcyjne dwuklatkowe i głębokożłobkowe zasada działania wirnika z dwoma klatkami, własności, charakterystyki Te(ω) oraz Is(ω), symulacja komputerowa rozruchu i obciążenia demonstracja. Sprawność, napięcie odpowiadające maksymalnej sprawności przy zmianie częstotliwości. 7. Trójfazowe maszyny indukcyjne, praca w warunkach niesymetrii zewnętrznej schemat zastępczy dla składowej zgodnej i przeciwnej, moment elektromagnetyczny w stanach niesymetrii zasilania. Praca jednofazowa silnika 3-fazowego, równania więzów, wyznaczenie składowych symetrycznych napięć na uzwojeniach stojana. Regulator indukcyjny budowa, zasada działania, zastosowania. 8. Generatory synchroniczne konstrukcja i przeznaczenie obwodów tłumiących, model maszyny synchronicznej we współrzędnych 0dq po uzupełnieniu równaniami obwodów reprezentujących działanie obwodów tłumiących, schematy zastępcze w osi d i q. Metody linearyzacji równań dynamiki maszyny synchronicznej. Opis maszyny 4 / 7

5 synchronicznej w stanach nieustalonych przy stałej prędkości obrotowej, indukcyjności operatorowe, ich znaczenie i zastosowanie przy opisie stanów nieustalonych. 9. Generatory synchroniczne, parametry katalogowe stałe czasowe oraz indukcyjności przejściowe i podprzejściowe w transformatach powrotnych odwrotności indukcyjności operatorowych. Nieustalone przebiegi prądu twornika po zwarciu generatora pracującego jałowo, obwiednie składowych zmiennych i składowe jednokierunkowe. 10. Generatory synchroniczne, metoda małych wychyleń indukcyjności operatorowe i regulacja wzbudzenia w transmitancjach operatorowych maszyny synchronicznej. Charakterystyki częstotliwościowe. Asynchroniczne stany pracy towarzyszące wypadnięciu z synchronizmu i podczas rozruchu asynchronicznego silnika synchronicznego, schematy zastępcze, impedancje zastępcze maszyny dla stanów asynchronicznych, składowe momentu elektromagnetycznego w asynchronicznych stanach pracy. Związki pomiędzy składowymi symetrycznymi prądów i napięć maszyny synchronicznej w warunkach niesymetrii zasilania. Ćwiczenia audytoryjne Problemy analizowane w ramach ćwiczeń audytoryjnych: 1. Transformator 1 i 3 fazowy: identyfikacja parametrów modelu, obliczanie spadku napięcia na obciążonym transformatorze, obliczanie sprawności transformatora dla zadanego punktu pracy (2 godz.). 2. Praca równoległa transformatorów: identyfikacja parametrów modelu transformatora trójfazowego do pracy równoległej, obliczenie prądów poszczególnych transformatorów pracujących równolegle przy różnych przekładniach i napięciach zwarcia transformatorów (2 godz.). 3. Praca transformatora trójfazowego przy asymetrii zasilania: analiza schematów zastępczych dla składowej zgodnej przeciwnej i zerowej dla różnych układów połączeń uzwojeń, obliczanie prądów uzwojeń przy asymetrii zasilania (2 godz.). 4. Regulacja częstotliwościowa prędkości obrotowej maszyny indukcyjnej: analiza charakterystyk mechanicznych maszyny indukcyjnej przy zmianie częstotliwości, wpływ rezystancji stojana na kształt charakterystyk, obliczanie prędkości, prądu i momenty maszyny indukcyjnej w zadanym punkcie pracy przy zmianie częstotliwości zasilania (2 godz.) 5. Praca maszyny indukcyjnej przy asymetrii zasilania: analiza charakterystyk mechanicznych przy asymetrii zasilania, obliczanie prądów fazowych stojana obciążonej maszyny indukcyjnej przy asymetrii zasilania (2 godz.). 6. Statyka maszyny synchronicznej jawnobiegunowej: wykres wskazowy maszyny synchronicznej jawnobiegunowej, krzywe V, regulacja współczynnika mocy, obliczanie dla zadanego punktu pracy kąta mocy, momentu elektromagnetycznego, prądu stojana, współczynnika mocy (2 godz.). 7. Praca samotna maszyny synchronicznej jawnobiegunowej: obliczanie charakterystyki zewnętrznej, obliczanie prądu i napięcia odbiornika zasilanego przez maszynę synchroniczną jawno biegunową (1 godz.). 8. Dwie prace kontrolne (2 godz.). Ćwiczenia laboratoryjne Laboratorium pomiarowe (8 ćwiczeń 3-godzinnych + 3 kolokwia + 3 zaliczenia sprawozdań) tematy ćwiczeń: 1. Maszyna indukcyjna klatkowa: obserwacja rozruchu silnika z przełącznikiem gwiazda trójkąt, wyznaczenie charakterystyki mechanicznej i prądu stojana od poślizgu, wyznaczenie parametrów schematu zastępczego w oparciu o aproksymację komputerową. 5 / 7

6 2. Silnik indukcyjny: pomiar przebiegów i charakterystyk maszyny pierścieniowej i klatkowej w stanie biegu jałowego, obciążenia, zwarcia, rozruchu i zaniku napięcia. 3. Transformator trójfazowy: pomiary w stanie jałowym, wyznaczenie przekładni, pomiary w stanie symetrycznego zwarcia pomiarowego. 4. Praca równoległa transformatorów: pomiar napięć i impedancji zwarciowych transformatorów, pomiar przekładni napięciowych transformatorów, wyznaczenie pomiarowe charakterystyk obciążeniowych transformatorów pracujących równolegle w przypadku transformatorów dobranych prawidłowo oraz przy różnicy przekładni napięciowych i różnicy napięć zwarciowych. 5. Prądnica synchroniczna pomiary parametrów i praca samotna: pomiary do wyznaczenia charakterystyki biegu jałowego, zwarcia, zewnętrznej i regulacyjnej, wyznaczenie Xd i Xq metodą małego poślizgu 6. Maszyna synchroniczna współpraca z siecią: rozruch asynchroniczny, synchronizacja dokładna i samosynchronizacja maszyny z siecią, wyznaczenie krzywych V. 7. Silniki prądu stałego: silnik obcowzbudny rozruch napięciowy, wyznaczenie strat w żelazie i mechanicznych, wyznaczanie charakterystyk mechanicznych; silnik szeregowy rozruch napięciowy, wyznaczanie charakterystyki mechanicznej i rozruchowej. 8. Silnik uniwersalny: pomiar charakterystyk mechanicznych przy zasilaniu napięciem sinusoidalnie zmiennym oraz napięciem dwupołówkowo-wyprostowanym, pomiar sprawności silnika przy obu wariantach zasilania. Sposób obliczania oceny końcowej 1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium pomiarowego, ćwiczeń audytoryjnych oraz zaliczenie trzech kolokwiów z treści przedstawianych na wykładzie. 2. Ocena końcowa (OK) jest obliczana z ocen zaliczenia wykładu (Ow), laboratorium pomiarowego (Olp) i ćwiczeń audytoryjnych (Oca), uzyskanych we wszystkich terminach. 3. Podstawą ustalenia OK jest liczba Wl obliczona z wzoru: Wl = 0,6 Ow ins>0,2 Olp/ins>0,2 Oca. 4. W zależności od wartości liczbowej Wl ocena końcowa jest ustalana zgodnie z zasadą przedstawioną w par.14 pkt 4 Regulaminu Studiów w AGH Wymagania wstępne i dodatkowe Podstawowe wiadomości z teorii maszyn elektrycznych i zasad elektromechanicznego przetwarzania energii, umiejętność obsługi komputera, znajomość w podstawowym zakresie programu MATLAB. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Skwarczyński J., Tertil Z.: Maszyny elektryczne, cz.i, teoria. Wydawnictwa AGH, Kraków 1995, skrypt nr Skwarczyński J., Tertil Z.: Maszyny elektryczne, cz.ii, teoria. Wydawnictwa AGH, Kraków 1997, skrypt nr Paszek W.: Stany nieustalone maszyn elektrycznych prądu przemiennego. Wyd. Helion, Jezierski E.: Transformatory. WNT, Warszawa Machowski J.: Regulacja i stabilność systemu elektroenergetycznego. OWPW, Warszawa 2007 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak 6 / 7

7 Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 20 godz 28 godz 16 godz 14 godz 32 godz 138 godz 5 ECTS 7 / 7