НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

УКРАЇНИ

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ

Типова навчальна програма

для технікумів залізничного транспорту

із спеціальності 5.07010501 “Технічне обслуговування, ремонт та експлуатація

тягового рухомого складу

Київ

2012

Програму розробив викладач Київського електромеханічного технікуму

залізничного транспорту, Стукало Юрій Миколайович

Програма прорецензована цикловими комісіями:

Слов’янського технікуму залізничного транспорту;

Дебальцівської філії Артемівського технікуму залізничного транспорту.

3

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Навчальною програмою дисципліни “Електричні машини” передбачається

вивчення конструкції, принципу дії, робочих властивостей електричних машин

постійного та змінного струму і трансформаторів.

Вивчення предмета базується на знаннях, які отримані студентами при

вивченні фізики, матеріалознавства, електротехніки, технічної механіки,

електроніки.

Реалізуючи міжпредметні зв’язки, викладач повинен опиратися на знання,

що отримані раніше, зосереджувати увагу студентів на конкретних питаннях, які

будуть розглядатись в інших предметах з використанням вивченого матеріалу, а

також вказувати область застосування знань і вмінь в майбутній роботі.

Орієнтація на матеріал, який забезпечує належну фахову підготовку,

допоможе викладачеві визначати рівень вивчення окремих тем і питань, знайти

резерв часу за рахунок скорочення (виключення) другорядного матеріалу, який

не впливає на якість підготовки спеціаліста.

При плануванні занять викладач повинен чітко уявляти мету знань,

організацію діяльності студентів і усвідомлювати результат, який очікує.

Вивчення предмета слід будувати так, щоб навчальний матеріал надавався

не чисто описово, а доказово, підкріплювався експериментами та практикою.

Для цього програмою передбачено виконання лабораторних робіт. Такий метод

дає можливість студенту глибоко зрозуміти предмет, спиратись на нього при

вивченні профілюючих дисциплін, вільно оперувати при рішенні

практичних задач.

Найважливіше завдання викладача – розкрити студенту фізичну сутність

явищ, які відбуваються при роботі електричної машини, загострити увагу на

властивостях, надійності в роботі, а відтак надати студенту можливість зробити

техніко-економічне порівняння різних електричних машин.

Навчальним планом передбачається і самостійне навчання. На нього

відводиться близько половини загального часу, який надається для навчальної

дисципліни “Електричні машини”.

Важливим завданням викладача є розподіл матеріалу, який вивчається

аудиторно і в час, вільний від обов’язкових навчальних занять.

В результаті вивчення дисципліни “Електричні машини” студент

повинен знати: сутність фізичних процесів, які відбуваються під час роботи електричних

машин, їх конструкцію і застосування; вимоги охорони праці;

повинен вміти:

давати характеристику електричної машини по її зовнішнім ознакам,

складати електричні кола, регулювати напругу генератора і частоту обертання

двигуна, проводити випробування машин (на лабораторних стендах),

використовувати знання при вивченні інших профілюючих предметів та в

практичній роботі.

Цикловим комісіям надано право при необхідності вносити корективи в

розподіл годин в залежності від місцевих умов.

4

Рекомендований тематичний план

№

з.п. Найменування розділів Всього

Кількість годин

Аудиторні Лабораторні

(практичні)

Самостійна

робота

Вступ 2 2 - -

1 Машини постійного

струму 46 18 16 12

2 Трансформатори 20 10 4 6

3 Машини змінного струму 34 14 10 10

4

Електричні

перетворювачі

електричної енергії

4 2 - 2

5

Нагрівання і охолодження

електричних машин і

трансформаторів

2 2 - -

Всього по предмету 108 48 30 30

ЗМІСТ ПРЕДМЕТУ

ВСТУП

Електричні машини - основа енергетики. Класифікація електричних

машин. Основні закони електротехніки і основи перетворення енергії в

електричних машинах. Розвиток електромашинобудування.

1. Машини постійного струму

1.1. Конструкція, основні матеріали і вимоги до них, принцип дії машин

постійного струму. Електричні машини – електромеханічні перетворювачі

енергій. Основні конструктивні елементи машини постійного струму, їх

призначення і особливості виготовлення. Принцип дії генератора і двигуна

постійного струму.

1.2. Обмотки машин постійного струму. Їх призначення і зображення на

схемах: обмотки збудження, якірні, компенсаційні, додаткових полюсів. Типи

якірних обмоток, їх розрахунки, рекомендації по використанню. Виведення

формули електрорушійної сили і електромагнітного моменту обмоток якоря.

Охорона праці при обслуговуванні машин.

5

Практична робота № 1

Побудова розгорнутої схеми обмотки машин постійного струму.

Лабораторна робота № 1 Інструктаж з охорони праці.

Дослідження конструкції машин постійного струму.

1.3 Реакція якоря в машинах постійного струму. Магнітна система машин

постійного струму. Магнітний потік при холостому ході і навантаженні.

Результуючий магнітний потік, нейтралі, розподіл магнітної індукції під

полюсами. Вплив реакції якоря на ЕРС, напругу, моменти і частоту обертання

двигуна. Усунення шкідливого впливу реакції якоря.

1.4 Комутація в машинах постійного струму. Причини іскріння на

колекторі, їх усунення. Фізична сутність комутації, графік зміни струму в секції

при комутації. Прямолінійна і криволінійна комутація. Способи покращення

комутації.

Лабораторна робота № 2 Інструктаж з охорони праці.

Дослідження способів покращення комутації.

1.5 Генератори постійного струму і їх використання на залізничному

транспорті. Класифікація генераторів за способом збудження. Рівняння напруг і

моментів генератора. Номінальні режими і номінальні величини. Енергетична

діаграма і ККД генератора постійного струму. Генератор з незалежним

збудженням (схема, характеристики, властивості, використання). Генератор з

паралельним збудженням (схема, характеристики, властивості, використання).

Паралельна робота генераторів постійного струму. Використання генераторів

постійного струму на тяговому рухомому складі і в господарстві

енергопостачання залізниць.

Лабораторна робота № 3 Інструктаж з охорони праці.

Випробування генератора з незалежним збудженням.

Лабораторна робота № 4 Інструктаж з охорони праці.

Випробування генератора з паралельним збудженням.

Лабораторна робота № 5 Інструктаж з охорони праці.

Випробування генератора із змішаним збудженням

6

1.6 Двигуни постійного струму, їх використання на залізничному

транспорті. Зворотність машин постійного струму. Режими їх роботи. Рівняння

напруг і моментів двигуна, енергетична діаграма і ККД двигуна постійного

струму, регулювання частоти обертання і реверсування двигуна постійного

струму. Зрушення з місця і регулювання швидкості руху ТРС.

Двигун паралельного збудження (схема, характеристики, властивості,

використання). Двигун послідовного збудження (схема, характеристики,

властивості, використання). Двигун змішаного збудження (схема,

характеристики, властивості, використання). Порівняння властивостей двигунів

різного збудження з метою використання їх для тяги. Використання двигунів

постійного струму на ТРС і в господарстві енергопостачання залізниць.

Лабораторна робота № 6 Інструктаж з охорони праці.

Випробування двигуна з паралельним збудженням.

Лабораторна робота № 7 Інструктаж з охорони праці.

Випробування двигуна з послідовним збудженням.

1.7 Спеціальні машини постійного струму. Тахогенератори. Зварювальні

генератори. Електромагнітні підсилювачі.

2 Трансформатори

2.1. Призначення трансформаторів, їх класифікація і використання в

народному господарстві. Будова однофазного трансформатора. Активні

матеріали, конструкції і вимоги до них. Особливості конструкції трифазних

трансформаторів.

2.2. Принцип дії і фізичні процеси в трансформаторах. Принцип дії

трансформатора. Фізичні процеси в трансформаторах. Виведення формули ЕРС

первинної і вторинної обмоток трансформатора, режим їх роботи і рівняння

напруг. Рівняння магніторушійних сил, струмів трансформатора. Зведений

трансформатор. Принцип і формули зведення. Електрична схема зведеного

трансформатора. Рівняння і векторні діаграми трансформатора при R, RL , RC

навантаженні.

2.3. Режими роботи трансформаторів. Режими і дослідження холостого

ходу трансформатора (схема, методика проведення, основні характеристики і

дослідні дані, їх використання, векторна діаграма). Режими і дослідження

короткого замикання трансформатора (схема, методика проведення, основні

характеристики і дослідні дані, їх використання, векторна діаграма, трикутник

напруг, його аналіз і обрахунки). Робота трансформатора під навантаженням.

Спрощена схема і векторна діаграма. Падіння напруги в трансформаторі, її

розрахунок і зовнішня характеристика трансформатора. Витрати енергії в

трансформаторі, їх розрахунок, ККД, методика його розрахунку. Групи

7

з’єднання обмоток трансформаторів, паралельна робота трансформаторів, умови

паралельної роботи.

2.4. Порядок включення трансформаторів на паралельну роботу і

розподіл навантаження між ними.

Охорона праці при обслуговуванні трансформаторів.

Лабораторна робота № 8 Інструктаж з охорони праці.

Дослідження холостого ходу, короткого замикання, робота трансформатора

під навантаженням, розрахунок ККД

Лабораторна робота № 9 Інструктаж з охорони праці.

Паралельна робота трансформаторів.

2.5. Спеціальні трансформатори. Трьохобмоткові трансформатори,

автотрансформатори. Зварювальні трансформатори. Трансформатори для

перетворення числа фаз і частоти. Вимірювальні трансформатори.

2.6 Використання трансформаторів на залізничному транспорті.

Трансформатори тягових підстанцій електропостачання залізниць. Тягові

трансформатори електрорухомого складу залізниць. Допоміжні трансформатори

електричного рухомого складу. Допоміжні трансформатори, реактори і

індуктивні шунти.

3. Машини змінного струму

3.1. Класифікація і будова машин змінного струму.

Призначення і класифікація машин змінного струму. Асинхронні і

синхронні машини, режими їх роботи. Трифазні машини їх будова і особливості

конструкції. Отримання обертового магнітного поля трифазного струму.

Лабораторна робота № 10 Інструктаж з охорони праці.

Дослідження особливостей конструкції машин змінного струму.

3.2. Асинхронні машини змінного струму і використання їх на

залізничному транспорті. Принцип дії трифазного асинхронного двигуна, фізичні

процеси в ньому. Електрорушійні сили в обмотках статора і ротора при

нерухомому і рухомому роторах. Рівняння магніторушійних сил і струмів в

асинхронному двигуні. Зведений асинхронний двигун, принцип і формули

зведення. Електрична схема, рівняння і векторна діаграма асинхронного двигуна.

Енергетична діаграма і ККД асинхронного двигуна. Обертаючий момент

асинхронного двигуна. Механічна характеристика. Залежність механічної

характеристики від зміни напруг і опору в колі ротора. Проблема пуску

8

асинхронного двигуна. Способи пуску. Асинхронні двигуни з покращеними

властивостями. Регулювання частоти обертання трифазних асинхронних

двигунів. Робочі характеристики трифазних асинхронних двигунів, їх

властивості, переваги перед двигунами постійного струму. Використання

асинхронних машин в системах синхронної передачі (сельсини, індукційні

регулятори, фазорегулятори). Однофазні асинхронні двигуни, конденсаторні

двигуни; використання трифазних двигунів в однофазних мережах.

Використання асинхронних двигунів в господарстві електропостачання

залізниць і на рухомому складі (електровозах, електропоїздах, тепловозах).

Лабораторна робота №11 Інструктаж з охорони праці.

Пуск і реверсування асинхронних двигунів.

Лабораторна робота №12 Інструктаж з охорони праці.

Випробування трифазного асинхронного двигуна.

3.3 Синхронні машини змінного струму і їх використання на

залізничному транспорті. Призначення і роль синхронних машин в народному

господарстві. Принцип дії синхронних генераторів. Способи збудження

синхронного генератора (СГ). Реакція якоря СГ при R, L, С і RL, (RC

навантаження, її вплив на напругу СГ). Рівняння напруг СГ, векторні діаграми

СГ з явно полюсними і неявно полюсними роторами при RL і RС навантаженні.

Характеристика синхронного генератора. Паралельна робота синхронних

генераторів. Умови паралельної роботи, порядок вмикання. Навантаження

синхронного генератора, включеного на паралельну роботу, регулювання

активної і реактивної потужностей, подібна крива синхронного генератора.

Коливання синхронного генератора і боротьба з ними. Принцип дії синхронного

двигуна. Проблеми і способи пуску синхронного двигуна. Регулювання частоти

обертання синхронного двигуна. Робочі характеристики синхронного двигуна.

Синхронні компенсатори. Використання синхронних машин на рухомому складі

залізниць. Особливі конструкції тягових і допоміжних синхронних генераторів,

їх технічні дані і використання на ТРС. Охорона праці при роботі з

генераторами.

Лабораторна робота №13

Інструктаж з охорони праці.

Випробування синхронного генератора.

Лабораторна робота № 14

Інструктаж з охорони праці.

Паралельна робота синхронних генераторів.

9

4 Електричні перетворювачі електричної енергії

Призначення і класифікація перетворювачів електроенергії. Двигун-

генераторні перетворювачі: конструкції, переваги і недоліки, використання.

Одноякірні перетворювачі: конструкції, переваги і недоліки використання.

5 Нагрівання і охолодження електричних машин і трансформаторів

Процес нагрівання і охолодження електричної машини. Формули і

графіки.

Класи ізоляції, вплив класів ізоляції на потужність машини. Номінальні

режими роботи електричних машин. Допустимі температури перегріву вузлів

електричних машин, способи їх вимірювання. Вентиляція електричних машин.

Охолодження трансформаторів.

ПЕРЕЛІК ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ НАВЧАННЯ

1. Мультимедійний проектор для демонстрації матеріалів за темами

2. Комп’ютерна техніка при опитуванні студентів за спеціально

розробленими програмами.

3. Діапроектор з набором діафільмів та слайдів за темами.

4. Стенди для виконання лабораторних робіт.

5. Макети електричних машин і трансформаторів.

6. Елементи конструкції різних електричних машин і трансформаторів.

ЕКСУРСІЇ ЗА ТЕМАМИ

1. Екскурсія в депо для ознайомлення з різновидами електричних

машин рухомого складу.

2. Екскурсія на підстанцію з метою поглиблення знань з теми: “Силові

трансформатори”

10

ЛІТЕРАТУРА

1. Кацман М.М. “Электрические машины”.- Высшая школа, 1990.

2. Бородин А. П. Электрооборудование тепловозов. М.: Транспорт, 1989.

3. Токарев Б.Ф. “Электрические машины”, учебник для техникумов.- М.:

Энергоатомиздат, 1989 – 672 с

4. Дубинець Л. В., Момот О. І. ., Маренич О. Л. Електричні машини.

Синхронні машини. Машини постійного струму. Видавництво

Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту

ім. академіка В. Лазаряна, 2007.

5. Дубинець Л. В., Момот О. І. ., Маренич О. Л. Електричні

машини.Трансформатори. Асинхронні машини. Видавництво

Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту

ім. академіка В. Лазаряна, 2007.

6. Некрасов О.А., Рутштегин А.М. “Вспомогательные машины

электровозов переменного тока”. - М.: Транспорт, 1988 – 223 с