SZKIC DO WYKŁADÓW Z PRZEDMIOTU

MASZYNY ELEKTRYCZNE

kier. Energetyka, 

studia stacjonarne, 1-szego stopnia, sem. IV

cz. 1

WPROWADZANIE

SZKIC DO WYKŁADÓW Z PRZEDMIOTU

MASZYNY ELEKTRYCZNE

kier. Energetyka, 

studia stacjonarne, 1-szego stopnia, sem. IV

cz. 1

WPROWADZANIE

Mieczysław RONKOWSKI

Politechnika Gdańska

Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Katedra Energoelektroniki 

i Maszyn Elektrycznych

MASZYNY ELEKTRYCZNE 

 

(Kier. Energetyka, stud. stacjonarne 1-szego stopnia, sem. 4, rok akad. 2007/2008 

ROZKŁAD ZAJĘĆ 

Przedmiot sem.  W  Ć L  P 

Maszyny 
elektryczne

 

IV 2  1  2  — 

 

PROWADZĄCY:  

•  Wykład i ćwiczenia - M. Ronkowski  
•  Laboratorium - M. Ronkowski, W. Rafalski, M. Kamiński 

   

tel: 347 - 2087; email: m.ronkowski@ely.pg.gda.pl; p. EM 311, ul. Sobieskiego 7 

TREŚĆ PROGRAMU 

Ogólne zasady budowy i działania maszyn elektrycznych. Zjawiska fizyczne, sprzężenie transformatorowe, sprzężenie 

elektromechaniczne, klasyfikacja, rodzaje pracy. Transformatory jednofazowe. Stan jałowy, stan obciążenia, zmiana 

napięcia, stan zwarcia, model obwodowy, straty mocy i sprawność. Transformatory trójfazowe. Układy połączeń, praca 

równoległa. Maszyny prądu stałego. Budowa, sprzężenie elektromechaniczne - generacja momentu 

elektromagnetycznego i napięcia, oddziaływanie twornika, model obwodowy i parametry, silniki - charakterystyki 

mechaniczne, rozruch, hamowanie, nawrót, sterowanie prędkością kątową. Maszyny synchroniczne. Budowa i sposoby 

chłodzenia, generacja napięcia i momentu elektromagnetycznego, oddziaływanie twornika, maszyna z biegunami 

utajonymi (turbogenerator) – model obwodowy i parametry, wykres fazorowy, praca autonomiczna - charakterystyk 

zewnętrzne i regulacyjne, praca w systemie energetycznym – synchronizacja, charakterystyka kątowa, moc i moment 

synchronizujący, wykres uniwersalny, silnik synchroniczny. Maszyny indukcyjne. Budowa, generacja napięcia i 

momentu elektromagnetycznego, model obwodowy i parametry, wykres fazorowy, silniki - charakterystyki mechaniczne, 

rozruch, hamowanie, nawrót, sterowanie prędkością  kątową, prądnice - praca autonomiczna, praca w systemie 

energetycznym. 

 

Zajęcia  ćwiczeniowe (tablicowe) i laboratoryjne są ilustracją kolejnych zagadnień omawianych na 

wykładzie. 

 

DYSCYPLINA: Elektrotechnika 

 

DYSCYPLINA: Podstawowa

 

 

• 

TEORIA/MODELOWANIE/SYMULACJA 

• 

KONSTRUKCJA 

• 

PROJEKTOWANIE 

• 

TECHNOLOGIA 

• 

POMIARY 

• 

DIAGNOSTYKA 

• 

STEROWANIE 

• 

REGULACJA 

 

 

 

 

POLE ELEKTROMAGNETYCZNE 

 

Wzajemne oddziaływanie ładunków elektrycznych 

opisujemy wprowadzając pojęcie  

pola elektromagnetycznego. 

 

Przez pole rozumiemy przestrzeń, w której  

na ładunek 

q

  działa siła Lorentza 

F

 

)

B

v

E

F

×

+

⋅

=

(

q

 

HANS CHRISTIAN OERSTED (1777-1851) 

DOŚWIADCZENIE (1819-1820) 

 

 

MICHAEL FARADAY (1791-1867)

PIERWSZY SILNIK 

ELEKTRYCZNY (1821)

PRAWO INDUKCJI 

ELEKTROMAGNETYCZNEJ

PIERWSZY GENERATOR  

MAGNETOELEKTRYCZNY (1831)

 

CHARLES GRAFTON PAGE (1812-1868)

SILNIK ELEKTRYCZNY 

ANALOG SILNIKA PAROWEGO (1846)

 

THOMAS EDISON i JEGO MASZYNA

 

THOMAS EDISON i JEGO MASZYNA

 

ENERGIA MAGAZYNOWANA  

W POLU ELEKTROMAGNETYCZNYM

W POLU MAGNETYCZNYM – MASZYNY ELEKTROMAGNETYCZNE

0

2

2

1

2

1

μ

B

BH

W

m

=

=

H

B

0

μ

=

Vs/Am

 

lub

  

H/m

 

10

4

        

T

 

1

-7

0

⋅

=

=

π

μ

B

3

5

J/m

 

10

98

,

3

⋅

=

m

W

W POLU ELEKTRYCZNYM – MASZYNY ELEKTROSTATYCZNE

3

2

0

J/m

  

2

1

E

W

e

ε

=

 

As/Vm

 

10

85

,

8

        

V/m

 

10

3

-12

0

6

⋅

=

⋅

=

ε

E

4

10

=

e

m

W

W

H

B

r

μ

μ

0

=

300

≈

r

μ

r

mFe

B

W

μ

μ

0

2

2

1

=

3

J/m

 

8

,

39

=

e

W

mFe

m

W

W

  

 

>>

 

MASZYNY ELEKTRYCZNE DZISIAJ 

POSTĘP W TECHNOLOGII MATERIAŁÓW

MAGNESY TRWAŁE O INDUKCJI B=1.2 – 1.6 T

ZJAWISKO 

MAGNETYZACJI: 

PRĄDY ATOMOWE

Materiały 

ferromagnetyczne:

miękkie, twarde

ELEKTRONÓW

MOMENTY: 

MAGNETYCZNY

PĘDU (KRĘTU)

PODSTAWOWE PRAWA FIZYCZNE i SPRZĘŻENIA 

L

+

+

u

2

2

i

1

1

Rdzeń

Uzwojenie 

pierwotne

Uzwojenie 

wtórne

u

1

i

2

SPRZĘŻENIE 

ELEKTROMAGNETYCZNE

(TRANSFORMATOROWE)

PRAWO AMPERA

Θ

=

∫ ⋅

L

dl

H

1

Θ

2

Θ

m

Φ

WROTA PIERWOTNE

WROTA WTÓRNE

1

1

1

i

 

z

=

Θ

2

2

2

Θ

 i

z

=

m

Φ

 

SPRZĘŻENIE 

ELEKTROMAGNETYCZNE

(TRANSFORMATOROWE)

Φ

∇

⋅

−

∂

Φ

∂

−

=

v

t

e

PRAWO FARADAYA

1

1

1

44

,

4

z

f

E

m

 

 

 

Φ

=

2

1

2

44

,

4

z

f

E

m

 

Φ

=

STRUMIEŃ 

SINUSOIDALNIE 

ZMIENNY

 

© Mieczysław RONKOWSKI

4

TRANSFORMATOR

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMAGNETYCZNEJ

RUCH ELEKTRYCZNY

TRANSFORMATOR

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMAGNETYCZNEJ

RUCH ELEKTRYCZNY

P

P

2 

2 

< 0

< 0

P

1 

> 0

P

1

=

=

u

1 

i

1

P

2

=

=

u

2 

i

2

MIEJSCE DOPŁYWU I ODŁYWU ENERGII/MOCY:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

 

© Mieczysław RONKOWSKI

5

Ruch elektryczny

Ruch elektryczny

Ruch elektryczny

Ruch elektryczny

SPRZĘŻENIE ELEKTROMAGNETYCZNE

PRACA TRANSFORMATOROWA

SPRZĘŻENIE ELEKTROMAGNETYCZNE

PRACA TRANSFORMATOROWA

Przyczyna

Przyczyna

Skutek

Skutek

 

 

PODSTAWOWE PRAWA FIZYCZNE i SPRZĘŻENIA 

+

+

o

i

2

1

i

1

2

(

)

B

v

E

F

×

+

= q

m

B

B

i

F

×

=

2

SPRZĘŻENIE 

ELEKTROMAGNETYCZNO-MECHANICZNE

ELEKTROMECHANICZNE

PRAWO FARADAYA

PRAWO LORENTZA

Φ

Φ

∇

⋅

−

∂

∂

−

=

v

t

e

+

+

o

i

2

1

i

1

2

F

m

F

m

m

m

m

t

e

Φ

ω

Φ

−

∂

∂

−

=

 

© Mieczysław RONKOWSKI

6

MASZYNA ELEKTRYCZNA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMECHANICZNEJ 

RUCH ELEKTRYCZNY I RUCH MECHANICZNY

MASZYNA ELEKTRYCZNA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMECHANICZNEJ 

RUCH ELEKTRYCZNY I RUCH MECHANICZNY

P

1

=

P

m

=

T

m

ω

m

P

2

=

=

u

2 

i

2

P

2

=P

e

=u i

Praca 

prądnicowa

Źródło energii:

energia mięśni.

Energia 

mechaniczna

Energia 

elektryczna

 

© Mieczysław RONKOWSKI

13

Ruch elektryczny

Ruch elektryczny

Ruch mechaniczny

Ruch mechaniczny

SPRZĘŻENIE ELEKTROMECHANICZNE

PRACA SILNIKOWA

SPRZĘŻENIE ELEKTROMECHANICZNE

PRACA SILNIKOWA

Przyczyna

Przyczyna

Skutek

Skutek

 

© Mieczysław RONKOWSKI

7

MASZYNA ELEKTRYCZNA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMECHANICZNEJ 

RUCH ELEKTRYCZNY I RUCH MECHANICZNY

MASZYNA ELEKTRYCZNA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTROMECHANICZNEJ 

RUCH ELEKTRYCZNY I RUCH MECHANICZNY

P

2

=

=

u

2 

i

2

Praca 

silnikowa

P

2

=

P

m

=

T

m

ω

m

P

1

=P

e

=u i

Źródło energii:

akumulator.

Energia chemiczna

Energia elektryczna

Energia 

mechaniczna

P

m

=

F

m

v

m

 

 

© Mieczysław RONKOWSKI

9

MASZYNA ELEKTRYCZNA

MIEJSCE DOPŁYWU I ODPŁYWU ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

MASZYNA ELEKTRYCZNA

MIEJSCE DOPŁYWU I ODPŁYWU ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

WROTA 

ELEKTRYCZNE

WROTA 

MECHANICZNE

KONIEC WAŁU

Uwaga: porównanie wymiarów wrót 

elektrycznych i mechanicznych

 

© Mieczysław RONKOWSKI

10

MASZYNA ELEKTRYCZNA

DOPŁYW I ODPŁYW ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

MASZYNA ELEKTRYCZNA

DOPŁYW I ODPŁYW ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

WROTA 

ELEKTRYCZNE

LABORATORYJNE

WROTA 

ELEKTRYCZNE

STANDARDOWE

 

© Mieczysław RONKOWSKI

11

MASZYNA ELEKTRYCZNA

DOPŁYW I ODPŁYW ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

MASZYNA ELEKTRYCZNA

DOPŁYW I ODPŁYW ENERGII:

ZACISKI – WROTA ENERGETYCZNE (MOCY)

WROTA 

MECHANICZNE

KONIEC WAŁU

 

 

NOWA KONCEPCJA 

NA GENEROWANIE 

ENERGII 

ELEKTRYCZNEJ

CHAŁUPNICZE WYTWARZANIE ENERGII 

ELEKTRYCZNEJ - ELEKTRYCZNA PRZĄDKA

CZY TO SIĘ OPŁACA?

 

KOSZTY ENERGII ELEKTRYCZNEJ – KOSZTY PRACY 

wg IEEE Power & Energy Magazine, vol. 1, no 3, 2003 pp.17-23 

 

Typical electricity prices are around 0.10 US$ per kWh 

100 W bulb burning 24 hours, consumes 2400 Wh=2.4 kWh; cost about 0.25 US$ 

1hp 

≅ 750W 

A human in good shape can continuously work to produce about 0.75 hp 

≅ 563 W 

 
Praca z pełną mocą (fizyczną) 563 W, w sposób ciągły przez 1 godzinę, generuje energię: 

 

W = 563⋅1 = 563 Wh = 0,563 kWh 

 

koszt energii = 0,563⋅0,1 = 0,06 US$ 

 
In terms of electric power equivalent,  
 
this would be worth about 0.06 US$ (

≅0.15 zł) per hour,  

 
quite a bit below minimum wage!!! 

It is now wonder that electric power revolutionized the industrial world by providing cheap 
labor, the motor

. 

W Gdańsku opłata za energię (dane z 2007r):  0,134 zł/kWh  

    0,1585 

zł opłata przesyłowa zmienna za kWh 

Suma = 0,2925zł/kWh +22%Vat 

≅ 0.35685 zł/kWh 

Jeżeli 1$ 

≅ 3zł to 0,35685 zł/kWh jest równoważne 0,11895 $/kWh

 

PODRĘCZNIKI/SKRYPTY

PODRĘCZNIKI/SKRYPTY

PUBLIKACJE E. ARNOLD’A 

(1908-1914)

 

1. S. Roszczyk: Teoria Maszyn Elektrycznych, WNT, Warszawa, 1979. 

2. Z. Manitius: Transformatory. Maszyny asynchroniczne. Maszyny synchroniczne. Maszyny prądu stałego. 

Skrypty PG. 

3. W. Matulewicz: Maszyny elektryczne. Podstawy. Wydawnictwo PG 2005. 

4. W. Matulewicz: Maszyny elektryczne w elektroenergetyce. Wydawnictwo PWN 2005. 

5. W. Latek: Teoria Maszyn Elektrycznych, WNT, Warszawa, 1982. 

6. A. M. Plamitzer: Maszyny Elektryczne, WNT, Warszawa, 1976. 

7. W. Rafalski, M. Ronkowski: Zadania z Maszyn Elektrycznych, cz. I, II, Skrypt PG. 

8. P.C. Krause i O. Wasynczuk: Electromechanical Motion Devices, Mc Graw  -Hill Book Comp., New York, 1989. 

Purdue University, USA. 

 

 

 

 

 

Witryna WWW Katedry Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych 

z materiałami dydaktycznymi  

http://wat3.ely.pg.gda.pl/maszyny/ 

 

Inne witryny www dotyczące transformat rów i maszyn elektrycznych 

 

http://www.cantonimotor.com.pl/strona.php

 

 

http://www.abb.pl/

 

 

http://www.energoserwis.pl

 

 

 

http://www.jad.pl/

 

 

 

http://www.dtwe.pl/index_fl6.html

 

 

http://www.elhand.com.pl/start.html 

 

 

 

MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY  (MIT) 

http://www.mit.edu/

 

MIT's OpenCourseWare 

http://ocw.mit.edu/OcwWeb/

 

MIT DEPARTMENT OF PHYSICS 

http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/index.htm

 

Walter Lewin, Professor of Physics 

8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002 

http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-02Electricity-and-MagnetismSpring2002/CourseHome/index.htm

 

Walter Lewin, Professor of Physics 

The Wonders of Electricity and Magnetism 

http://mitworld.mit.edu/video/319/

 

This lecture is presented by the MIT Museum's Family Adventures in Science and Technology (FAST) 

Program