Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Elektromechaniczne przetwarzanie energii Rok akademicki: 2012/2013 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: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 4 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 i rozumie warunki, jakie musi spełniać układ elektromechaniczny, aby przetwarzał energię za pośrednictwem pola magnetycznego. EL1A_W02 M_W002 Wie, że o własnościach maszyn elektrycznych decyduje w znacznym stopniu rozkład pola magnetycznego w szczelinie powietrznej tej maszyny M_W003 Zna budowę i zasadę działania generatorów synchronicznych jako podstawowego źródła energii elektrycznej w krajowym systemie elektroenergetycznym. EL1A_W14, M_W004 Wie od czego zależy i w jaki sposób uzyskać wymagany przebieg siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniach generatora i w jakich warunkach przebieg ten zostaje zachowany po obciążeniu generatora. M_W005 Wie w jaki sposób zapewnić wymaganą jakość energii elektrycznej wytwarzanej przez generator pracujący samotnie. Odpowiedź ustna 1 / 7

2 M_W006 Zna podstawowe własności eksploatacyjne i regulacyjne generatorów i silników synchronicznych, w tym zasady regulacji współczynnika mocy. M_W007 Zna budowę i zasadę działania trójfazowych maszyn indukcyjnych, jako podstawowego elementu napędowego. M_W008 Zna podstawowe własności eksploatacyjne i regulacyjne silników indukcyjnych, w tym zasady regulacji prędkości i metody rozruchu. Udział w dyskusji M_W009 Zna budowę, zasadę działania i schemat zastępczy transformatora jednofazowego i trójfazowego w warunkach symetrii zewnętrznej. M_W010 Zna budowę i specyfikę działania typowych maszyn komutatorowych z pojedynczym układem szczotek. M_W011 Ma podstawowe wiadomości o najczęściej wykorzystywanych elektromaszynowych elementach automatyki, umożliwiające wskazanie właściwego do konkretnego zastosowania. Umiejętności M_U001 Potrafi zapisać i obliczyć energię i koenergię dla prostego układu elektromechanicznego. EL1A_U07 Wypracowania pisane na zajęciach M_U002 Potrafi wyznaczyć rozkład pola w szczelinie powietrznej typowej maszyny elektrycznej dla zadanego rozkładu uzwojeń i umie świadomie kształtować rozkład tego pola. EL1A_U10 M_U003 Potrafi obliczyć strumienie sprzężone z uzwojeniami oraz ich indukcyjności, także jako funkcje położenia elementu ruchomego maszyny, w szczególności wirnika. EL1A_U10 M_U004 Potrafi zapisać równania dynamiki modelu obwodowego elektromechanicznego przetwornika energii i dla prostych konstrukcji określić jego parametry EL1A_U09, EL1A_U07 Sprawozdanie M_U005 Potrafi określić współrzędne stanu (punkt pracy) maszyny synchronicznej w ustalonym stanie pracy. Kolokwium M_U006 Potrafi określić współrzędne stanu (punkt pracy) maszyny indukcyjnej w ustalonym stanie pracy. Kolokwium M_U007 Potrafi wykorzystać dane z tabliczki znamionowej i katalogowe transformatora do określenia jego własności eksploatacyjnych. Sprawozdanie M_U008 Potrafi zapisać i rozumie pochodzenie równań opisujących dynamikę maszyn komutatorowych z pojedynczym układem szczotek. Udział w dyskusji M_U009 Potrafi wykorzystać ogólne zasady przetwarzania energii do sformułowania równań dynamiki prostego układu elektromechanicznego. EL1A_U07 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć 2 / 7

3 Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 M_W004 M_W005 M_W006 M_W007 M_W008 Zna i rozumie warunki, jakie musi spełniać układ elektromechaniczny, aby przetwarzał energię za pośrednictwem pola magnetycznego. Wie, że o własnościach maszyn elektrycznych decyduje w znacznym stopniu rozkład pola magnetycznego w szczelinie powietrznej tej maszyny Zna budowę i zasadę działania generatorów synchronicznych jako podstawowego źródła energii elektrycznej w krajowym systemie elektroenergetycznym. Wie od czego zależy i w jaki sposób uzyskać wymagany przebieg siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniach generatora i w jakich warunkach przebieg ten zostaje zachowany po obciążeniu generatora. Wie w jaki sposób zapewnić wymaganą jakość energii elektrycznej wytwarzanej przez generator pracujący samotnie. Zna podstawowe własności eksploatacyjne i regulacyjne generatorów i silników synchronicznych, w tym zasady regulacji współczynnika mocy. Zna budowę i zasadę działania trójfazowych maszyn indukcyjnych, jako podstawowego elementu napędowego. Zna podstawowe własności eksploatacyjne i regulacyjne silników indukcyjnych, w tym zasady regulacji prędkości i metody rozruchu. 3 / 7

4 M_W009 M_W010 M_W011 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 M_U004 M_U005 M_U006 M_U007 Zna budowę, zasadę działania i schemat zastępczy transformatora jednofazowego i trójfazowego w warunkach symetrii zewnętrznej. Zna budowę i specyfikę działania typowych maszyn komutatorowych z pojedynczym układem szczotek. Ma podstawowe wiadomości o najczęściej wykorzystywanych elektromaszynowych elementach automatyki, umożliwiające wskazanie właściwego do konkretnego zastosowania. Potrafi zapisać i obliczyć energię i koenergię dla prostego układu elektromechanicznego. Potrafi wyznaczyć rozkład pola w szczelinie powietrznej typowej maszyny elektrycznej dla zadanego rozkładu uzwojeń i umie świadomie kształtować rozkład tego pola. Potrafi obliczyć strumienie sprzężone z uzwojeniami oraz ich indukcyjności, także jako funkcje położenia elementu ruchomego maszyny, w szczególności wirnika. Potrafi zapisać równania dynamiki modelu obwodowego elektromechanicznego przetwornika energii i dla prostych konstrukcji określić jego parametry Potrafi określić współrzędne stanu (punkt pracy) maszyny synchronicznej w ustalonym stanie pracy. Potrafi określić współrzędne stanu (punkt pracy) maszyny indukcyjnej w ustalonym stanie pracy. Potrafi wykorzystać dane z tabliczki znamionowej i katalogowe transformatora do określenia jego własności eksploatacyjnych. 4 / 7

5 M_U008 M_U009 Potrafi zapisać i rozumie pochodzenie równań opisujących dynamikę maszyn komutatorowych z pojedynczym układem szczotek. Potrafi wykorzystać ogólne zasady przetwarzania energii do sformułowania równań dynamiki prostego układu elektromechanicznego. Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 1. Warunki elektromechanicznego przetwarzania energii wymagania stawiane konstrukcjom przetworników, zasada zachowania energii, prawo indukcji elektromagnetycznej, energia i koenergia nieliniowego i liniowego układu uzwojeń sprzężonych magnetycznie, metody obliczania sił i momentów w elektromechanicznych przetwornikach energii (2 godz.). 2. Konstrukcja elektromechanicznych przetworników energii o ruchu obrotowym elementy obwodu magnetycznego, rozkład przestrzenny zezwojów uzwojeń, cel tego rozkładu. Pole magnetyczne w szczelinie powietrznej elektromechanicznego przetwornika energii o ruchu obrotowym metoda obliczeń: prawo i funkcja przepływu, funkcja permeancji jednostkowej szczeliny powietrznej, prawo ciągłości strumienia, rozkład natężenia pola magnetycznego oraz indukcji w szczelinie (2 godz.). 3. Parametry równań obwodowych elektromechanicznych przetworników energii indukcyjności uzwojeń, strumień sprzężony z uzwojeniem metoda obliczeń, uwzględnienie rozkładu uzwojenia przy obliczaniu strumienia sprzężonego z uzwojeniem (2 godz.). 4. Generatory trójfazowe prądu przemiennego synchroniczne konstrukcja generatora z cylindrycznym rotorem, zasada działania, wykres wskazowy, schemat zastępczy, reaktancja oddziaływania twornika, reaktancja rozproszenia, reaktancja synchroniczna. Warunki w jakich wytwarzane są trójfazowe napięcia przemienne (sinusoidalne) i utrzymywany ich kształt w obciążonym generatorze (2 godz.). 5. Dwuosiowy model 3-fazowej maszyny synchronicznej jawnobiegunowej równania dla stanów dynamicznych we współrzędnych 0dq, macierz transformacyjna, cel stosowania transformacji współrzędnych (2 godz.). 6. Trójfazowy generator synchroniczny jawnobiegunowy w warunkach pracy w sieci wydzielonej w stanie ustalonym, podstawowe charakterystyki: biegu jałowego, zwarcia, zewnętrzna, regulacyjna. Warunki dodatkowe przetwarzania energii w maszynie synchronicznej (2 godz.). 7. Maszyna synchroniczna jawnobiegunowa współpracująca z siecią energetyczną w stanie ustalonym pole wirujące, wykres wskazowy, kąt mocy, praca silnikowa i prądnicowa, regulacja współczynnika mocy, krzywe V (2 godz.). 8. Trójfazowe maszyny indukcyjne budowa, rodzaje, zasada działania silnika, definicja poślizgu. Opis maszyny indukcyjnej zasilanej z symetrycznej sieci 3-fazowej przy stałej prędkości obrotowej w stanie ustalonym schemat zastępczy, równanie charakterystyki mechanicznej i przebieg dla typowych maszyn, zakres pracy silnikowej, prądnicowej i hamulcowej. Warunki dodatkowe przetwarzania energii w 5 / 7

6 maszynie indukcyjnej, regulacja prędkości, problemy i metody rozruchu, straty poszczególne i sprawność (4 godz.). 9. Trójfazowe maszyny indukcyjne model matematyczny w przestrzeni 0dq dla stanów dynamicznych, macierz transformacyjna, cel stosowania transformacji współrzędnych (2 godz.). 10. Transformator jedno- i trójfazowy: budowa i schemat zastępczy, parametry schematu, napięcie zwarcia, zmienność napięcia (2 godz.). 11. Maszyny z komutatorem mechanicznym budowa, uzwojenia wirnika, rola komutatora w tworzeniu magnetycznej konfiguracji wirnika. Równania dynamiki maszyny z jedną parą szczotek. Podstawowe typy maszyn komutatorowych prądu stałego warunki dodatkowe przetwarzania energii, charakterystyki mechaniczne silników szeregowych i obcowzbudnych, regulacja prędkości, problemy i metody rozruchu. Silniki komutatorowe szeregowe prądu przemiennego (uniwersalne). Warunki dodatkowe przetwarzania energii w maszynach komutatorowych(4 godz.). 12. Elektromaszynowe elementy wykonawcze automatyki i robotyki przegląd podstawowych typów: małe silniki komutatorowe, reluktancyjne, reduktorowe, skokowe, momentowe (2 godz.). 13. Ogólne zasady elektromechanicznego przetwarzania energii: zasada najmniejszego działania Hamiltona, funkcja Lagrange a, równania Eulera-Lagrange a (2 godz.). Ćwiczenia laboratoryjne Tematy obliczeń cyfrowych wykonywanych w laboratorium komputerowym, poprzedzonych przygotowaniem danych dla symulacji oraz zakończonych dyskusją wyników obliczeń: 1. Prosty przetwornik energii o ruchu postępowym: zapis równań ruchu, analiza rozkładu pola magnetycznego, analityczne wyznaczenie wartości parametrów równań ruchu, symulacja działania przetwornika (3 godz.). 2. Przetwornik energii o ruchu obrotowym: zapis równań ruchu, analiza rozkładu pola magnetycznego, analityczne wyznaczenie parametrów równań ruchu, symulacja działania przetwornika (2 godz.). 3. Elementarne uzwojenia maszyn elektrycznych o ruchu obrotowym: zastosowanie funkcji przepływu i prawa ciągłości strumienia do wyznaczania rozkładu natężenia pola magnetycznego oraz indukcji w szczelinie powietrznej maszyny, obliczanie strumieni oraz indukcyjności pojedynczych zezwojów oraz sił i momentów z nimi związanych (4 godz.). 4. Uzwojenia maszyn elektrycznych pola wirującego: obliczanie strumieni sprzężonych, indukcyjności uzwojeń oraz momentów elektromagnetycznych w układach uzwojeń (3 godz.). 5. Maszyna synchroniczna trójfazowa: dobór uzwojenia twornika generatora dla uzyskania wymaganego przebiegu siły elektromotorycznej, wykorzystanie równań modelu 0dq do obliczeń stanu ustalonego generatora pracującego samotnie i maszyny współpracującej z siecią sztywną. Konstrukcja wykresu wskazowego maszyny synchronicznej (4 godz.). 6. Maszyna indukcyjna trójfazowa: wykorzystanie schematu zastępczego maszyny do obliczeń prądów i momentu w różnych stanach pracy oraz do wyznaczenia zależności prądu i momentu od prędkości, wyznaczenie charakterystyki mechanicznej oraz zależności prądu od prędkości, regulacja prędkości obrotowej silnika i wyznaczanie sprawności (4 godz.). 7. Transformator jednofazowy: wyznaczanie parametrów schematu zastępczego (2 godz.). 8. Maszyna komutatorowa prądu stałego: wykorzystanie równań dynamiki do obliczeń 6 / 7

7 stanu ustalonego, symulacja stanów dynamicznych (4 godz.). 9. Dwie prace kontrolne (4 godz.). Ćwiczenia audytoryjne W ramach zajęć w laboratorium komputerowym dokonuje się również obliczeń analitycznych, określenia parametrów dla symulacji komputerowych, obliczeń kontrolnych oraz dyskusji wyników symulacji komputerowych, co ma charakter ćwiczeń audytoryjnych. Stanowi to około 1/3 zajęć w laboratorium komputerowym. Sposób obliczania oceny końcowej 1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjno-audytoryjnych oraz zdanie egzaminu. 2. Ocena końcowa (OK) jest obliczana z oceny zaliczenia ćwiczeń laboratoryjno-audytoryjnych (Ola) i oceny egzaminu (Oe). 3. Podstawą ustalenia OK jest liczba Wl obliczona z wzoru: Wl = 0,6 Oe +0,4 Ola. 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 Wymagane wiadomości z zakresu podstaw mechaniki, teorii pola elektromagnetycznego i teorii obwodów elektrycznych. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Meisel J.: Zasady elektromechanicznego przetwarzania energii. WNT, Warszawa Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. WNT, Warszawa Skwarczyński J., Tertil Z.: Elektromechaniczne przetwarzanie energii. AGH UWND, Kraków Skwarczyński J.: Wykłady w maszyn elektrycznych. WND PWSZ, Tarnów 2007 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak 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. Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 44 godz 30 godz 30 godz 134 godz 5 ECTS 7 / 7