Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Villamos gépek és hajtások

    A tantárgy angol neve: Electrical Machines and Drives

    Adatlap utolsó módosítása: 2023. november 23.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak, BSc képzés

    Fenntartható Villamos Energetika Specializáció

    Villamos gépek és hajtások ágazat, főtárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIVEAC10 5 2/2/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Veszprémi Károly,
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Veszprémi Károly, egyetemi tanár, Villamos Energetika Tanszék

    Horváth Sándor Rajmund, egyetemi tanársegéd, Villamos Energetika Tanszék

    Dr. Szabó Gergely, egyetemi tanársegéd, Villamos Energetika Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Mágneses terek és körök, hálózatszámítás, elektrotechnika, teljesítményelektronika.
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    A Villamos Energetika tárgy kreditpontjának megszerzése ajánlott.
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy célja a villamos forgógépek és hajtások témakörével kapcsolatos azon lényeges szakmai ismeretek oktatása, amelyek a Fenntartható Villamos Energetika specializáción tanuló és a későbbiekben ezen a szakterületen elhelyezkedni szándékozó villamosmérnök hallgatóknak szükségesek. A tantárgy az üzemi állapotok tanulmányozásán keresztül bemutatja a gyakorlatban alkalmazott modellezési és számítási módszereket, továbbá közvetíti a villamos forgógépes rendszerek üzemeltetésével kapcsolatos átfogó szakmai ismereteket. Tárgyalja a jellegzetes és a korszerű, valamint a jövőben várható alkalmazásokat. Elméleti és gyakorlati megalapozást nyújt azok részére, akik MSc képzésben e területen folytatják tanulmányaikat. Célja az elektromechanikus energiaátalakítás alapelveinek, a legfontosabb villamos forgógép-típusok felépítésének és működésének, helyettesítő áramkörének, villamos és mechanikai jelleggörbéinek megismerése; háromfázisú gépek állandósult üzemállapotának vizsgálata szimmetrikus és aszimmetrikus táplálás esetén; a térvektoros módszerek alapjainak és a villamos hajtástechnika alapjainak és jellegzetes alkalmazásainak bemutatása.

    8. A tantárgy részletes tematikája


    Villamos gépek: 

    Forgógépek tekercselései, erő- és nyomatékszámítás, nyugalmi és mozgási indukálás

    Heteropoláris gépek erő- és nyomatékszámítása az elektromágneses rendszerekben. Villamos forgógépek koncentrált és hornyokban elosztott tekercseinek kialakítása, a tekercsekben indukálódó feszültség számításának részletei. A feszültségszint, a horonyalak és az alkalmazható szigetelési rendszer összefüggései. A tekercsekben folyó áram által létesített légrésmező (főmező) és szórási mező modellezése. A forgómezős tekercselések tervezésének alapjai. Villamos és mágneses igénybevételek meghatározása. (1 hét)

    Szinkron gépek

    A hengeres forgórészű és a kiálló pólusú szinkron gép koncentrált paraméterű helyettesítő áramköre és nyomatékképzése. Motoros és generátoros üzemállapot. Statikus stabilitás, terhelhetőség, a gerjesztés szabályozásának célja és folyamata. Járulékos veszteségek modellezése. Reluktancia elvű, állandómágneses és hibrid forgórész topológiák. Szinkron lineáris motorok. (1,5 hét)

    Aszinkron gépek

    Az indukciós gép koncentrált paraméterű helyettesítő áramköre és nyomatékképzése. Analógiák a transzformátor helyettesítő áramkörével. Mélyhornyú és kétkalickás forgórészű gépek. A kalickás és a tekercselt forgórész összehasonlítása. A térbeli felharmonikusok hatása. Indítási és fordulatszám változtatási módszerek. Járulékos veszteségek modellezése. Egyfázisú és segédfázisos tekercselésű gépek. Aszinkron lineáris motorok. (1,5 hét)

    Egyenáramú gépek

    Egyenáramú gép armatúratekercselései. Gerjesztőtekercs és állandómágneses pólusok kialakítása. A nyomaték- és fluxusképző áramkomponensek elmélete. A segédpólus és a kompenzáló tekercselés szerepe. Mechanikus és elektronikus úton megvalósított kommutáció. Külső, soros, párhuzamos és vegyes gerjesztésű generátorok és motorok jelleggörbéi állandósult üzemállapotban. Motorok indítása és a fordulatszám változtatása. (1 hét)

    Korszerű számítási módszerek alkalmazása

    A végeselem módszer (FEM) felhasználásának elméleti alapjai az elektromágneses térszámításban (térbeli diszkretizálás hálózási módszerekkel, Poisson egyenlet, Lagrange interpolációs polinomok, Dirichlet és Neumann peremfeltételek). Egyszerű 2D elektromágneses problémák modellezése FEMM szoftverrel, példák forgógépek állandósult állapotának vizsgálatára. (1 hét)


     

    Villamos hajtások

    Villamos hajtások kinetikája

    Nyomatékok és tömegek átszámítása közös tengelyre. A villamos hajtások mozgásegyenlete. A hajtás stabilitásának feltétele. Időállandók definíciója. (1 hét)

    Egyenáramú szaggatóról táplált egyenáramú hajtások

    Egy negyedes kapcsolások. Vezérlési módok. Az áramlüktetés vizsgálata.

    4/4-es kapcsolás. Vezérlési módok. (2 hét)

    Frekvenciaváltós aszinkronmotoros hajtások

    A frekvenciaváltók típusai (AC/DC/AC konverziós lánc, DC/AC konverzió). Általános, hálózatról üzemelő hajtások lehetséges felépítése, közvetlen DC betáplálású hajtások. (2 hét)

    Kétszintű és háromszintű közbülső egyenáramú körös frekvenciaváltó felépítése. Szabályozáshoz szükséges jelek érzékelése, megvalósítása. Félvezetők vezérlése (Gate driverek, vezérlési holtidő és annak hatása a rendszerre)

    Inverter vezérlési módszerek áttekintése, jellemzése és megvalósítása (egyszerű inverter vezérlés, PWM módszerek) (2 hét)

    Vektoros leírásmód. Harmonikus analízis. U/f jelleggörbe. Mezőgyengítés. Kitekintés mezőorientált szabályozásokra.  Alkalmazások: járművek, szélgenerátorok. (2 hét)


     

    A gyakorlatok részletes tematikája: 

    Mágneses körök modellezése és számítása (1 hét)

    Szinkrongépek üzemtani számítása, az armatúratekercs és a gerjesztőtekercs közötti fizikai összefüggéseinek vizsgálata (2 hét)

    Aszinkrongépek üzemtani számítása, modellparaméterek meghatározása, hatásuk vizsgálata
     (2 hét)

    Egyenáramú gépek üzemtani számítása (1 hét)

    Négy negyedes szaggatóról táplált egyenáramú gép: Modellezése. Áram és nyomatéklüktetés számítása (2 hét)

    Diódás egyenirányító méretezése, háromfázisú, kétszintű feszültség inverterek közbülső egyenáramú körének méretezése, félvezető méretezése és veszteségszámítása, áram és feszültségérzékelők illesztése szabályozási körökhöz (2 hét)

    Park-vektoros leírási mód számítása. Aszinkrongép munkapontok számítása térvektoros leírás segítségével (1 hét)

    U/f vezérlés vizsgálata és számítása: Modellezés. Paraméterek beállítása és hatásuk vizsgálata.  Gyakorlati megvalósítási kérdések (2 hét)
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás: hagyományos előadás, számítógépi prezentációk, szimulációk. 

    Gyakorlatok: az előadások megfelelő fejezeteihez illeszkedő példamegoldó gyakorlatok.
    10. Követelmények

    Szorgalmi időszakban:

    Egy zárthelyi legalább elégséges szintű teljesítése (elmélet és példamegoldás) 

    Vizsgaidőszakban:

     Írásbeli vizsga.

    A végső jegy kialakításába a zárthelyi eredmény 1/3-os súllyal, az eredményes vizsga zárthelyi eredménye 2/3-os súllyal van figyelembe véve.
    11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi dolgozat pótlására vagy javítására a szorgalmi időszakban egy pótzárthelyi alkalmat biztosítunk.
    12. Konzultációs lehetőségek Egyeztetés szerinti időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Előadás anyagok és jegyzetek, a tantárgy Moodle felületén.

    Dr. Liska József: Villamos Gépek II.-IV. (Egyetemi tankönyv).

    Németh Károly, Láday Ödön: Villamos energia-átalakítók (Példatár).

    Halász Sándor: Villamos hajtások, Egyetemi tankönyv.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra20
    Felkészülés zárthelyire25
    Házi feladat elkészítése
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása14
    Vizsgafelkészülés35
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Veszprémi Károly, egyetemi tanár, Villamos Energetika Tanszék
    IMSc tematika és módszer


    1)     Külön szorgalmi feladatok meghirdetése a teljes hallgatóságnak.

    Ez a feladat nem számít bele a jegybe, kizárólag IMSc pontok szerezhetők vele, nemcsak a programban résztvevő hallgatók részéről.

    2) A zárthelyiben (akár normál, akár pót) egy extra feladat szerepel IMSc pont szerzése céljából
    IMSc pontozás

    IMSc pontokat a hallgatók a beadott szorgalmi feladatokra és a zárthelyiben szereplő külön (extra) feladat megoldására kaphatnak a következők szerint:

    Általános szabályok:

    ·        A tárgy követelményeinek teljesítése során összesen 25 IMSc pont szerezhető.

    ·        IMSc pont csak akkor szerezhető, ha az érdemjegy jeles.

    ·        Az IMSc pontok nem befolyásolják a jegy értékét.

    ·        Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.

    Az IMSc pontok számítása:

    ·        4 szorgalmi feladat: mindegyike maximum 5 IMSc pont. (max 4x5)

    A zárthelyiben szereplő extra feladat megoldásával 5 IMSc pont szerezhető (max 1x5). Az IMSc pontok nem befolyásolják a zárthelyi értékelését.