Асинхронные и синхронные машины

ПРОГРАММА
Вступительного экзамена в магистратуру по специальности
6М071700 – ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
Электрические цепи постоянного тока
Понятие об электрической цепи. Источники и приемники электроэнергии и их
внешние характеристики. Понятие об электрическом сопротивлении и проводимости.
Соединения элементов электрических цепей. Электрические схемы. Законы Кирхгофа. Закон
Ома для замкнутой цепи и для участка цепи. Эквивалентные преобразования в линейных
электрических цепях. Методы расчета линейных электрических цепей: метод входного
сопротивления, метод единичного тока, метод контурных токов, метод узловых потенциалов.
Мощность элементов электрической цепи. Баланс мощностей. Условие передачи
максимальной мощности от активного двухполюсника к пассивному. Делители напряжения
и тока, потенциометры, сумматоры напряжения, компенсаторы. Мостовые схемы, их
основные свойства и область применения. Нелинейные элементы электрических цепей и их
вольтамперные характеристики. Понятие о нелинейной электрической цепи.
Графоаналитические методы расчета нелинейных электрических цепей.
Электрические цепи однофазного синусоидального тока
Электромагнитные процессы в электрической цепи переменного тока.
Идеализированные элементы и их основные свойства. Законы Кирхгофа в
дифференциальной форме записи.
Представление синусоидальной функции времени вращающимся вектором на
комплексной плоскости. Применение комплексных чисел для расчета синусоидальных
режимов в линейных электрических цепях.
Активное, реактивное и полное сопротивления двухполюсника. Активная, реактивная
и полная проводимости двухполюсника. Комплексные сопротивления и проводимости
идеализированных элементов.
Законы Кирхгофа и Ома в комплексной форме записи. Символические методы
расчета линейных электрических цепей синусоидального тока: метод входного
сопротивления, метод единичного тока, метод контурных токов, метод узловых потенциалов.
Векторные диаграммы напряжений и токов. Топографические диаграммы напряжений.
Колебания энергии, мгновенная мощность элементов электрической цепи. Активная,
реактивная, полная и комплексная мощности. Коэффициент мощности и его техникоэкономическое значение. Компенсация реактивной мощности. Явление резонанса в
простейших электрических цепях. Резонанс напряжений. Резонанс токов.
Применение компьютерных технологий для анализа электрических цепей.
Трехфазные электрические цепи
Достоинства трехфазных электрических цепей и причины их широкого применения.
Элементы трехфазных электрических цепей. Генератор симметричной трехфазной
ЭДС. Симметричный трехфазный приемник электроэнергии. Способы соединения фазных
обмоток генератора и фаз приемника. Фазные и линейные напряжения и токи. Векторные
диаграммы напряжений и токов. Топографические диаграммы напряжений.
Четырехпроводная и трехпроводная электрические цепи. Расчет симметричного
режима. Расчет несимметричного режима трехфазной электрической цепи со статической
нагрузкой. Расчет и измерение активной, реактивной и полной мощностей в трехфазной
электрической цепи.
Переходные процессы в линейных электрических цепях
Коммутация. Переходный процесс. Законы коммутации. Зависимые и независимые
начальные условия. Постоянная времени электрической цепи. Длительность переходного
процесса.
Классический метод расчета переходного процесса. Принужденная и свободная
составляющие тока и напряжения. Составление характеристического уравнения
электрической цепи методом входного сопротивления. Порядок электрической цепи. Виды
характера переходного процесса. Критическое со- противление. Порядок расчета
переходных процессов классическим методом.
Операторный метод расчета переходного процесса. Законы Ома и Кирхгофа в
операторной форме записи. Оригинал и изображение функции времени. Составление
операторной схемы замещения. Определение изображения искомой функции времени.
Определение оригинала функции по ее изображению, теорема разложения.
Электромагнитные устройства и трансформаторы
Виды электромагнитных устройств. Назначение магнитопровода. Свойства
ферромагнитных материалов. Магнитные цепи с постоянной магнитодвижущей силой
(МДС). Реальная и идеализированная магнитные цепи. Закон полного тока и его применение
для анализа магнитной цепи.
Вебер-амперные характеристики. Неразветвленные и разветвленные магнитные цепи.
Графоаналитические методы расчета магнитных цепей.
Магнитные цепи с переменной МДС. Реальная и идеализированная катушки с
магнитопроводом. Уравнения электрического состояния, векторная диаграмма и схема
замещения реальной катушки с магнитопроводом.
Трансформаторы. Назначение и область применения. Векторная диаграмма и схемы
замещения трансформатора. Трехфазные трансформаторы. Группы соединений обмоток
трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов.
Однофазные и трехфазные автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и
напряжения.
Электрические машины постоянного тока
Устройство и принцип действия машины постоянного тока (МПТ). Электродвижущая
сила и электромагнитный момент МПТ. Реакция якоря.
Генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Генераторы с
последовательным, параллельным и смешанным возбуждением.
Режим двигателя. Двигатели с последовательным, параллельным и смешанным
возбуждением. Регулирование скорости вращения якоря двигателя. Пуск двигателя
постоянного тока. Пусковой момент на валу якоря двигателя.
Универсальные коллекторные машины.
Асинхронные и синхронные машины
Устройство трехфазной асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле.
Режимы работы трехфазной асинхронной машины. Скольжение. Электродвижущие силы,
индуктируемые в обмотках статора и ротора. Токи в обмотке ротора. Электромагнитный
момент. Частота вращения ротора. Векторная диаграмма фазы асинхронного двигателя (АД).
Схема замещения. Энергетический баланс АД. Вращающий момент АД. Механическая
характеристика АД. Пуск АД. Асинхронные двигатели с фазным и короткозамкнутым
роторами. Рабочие характеристики АД. Способы регулирования скорости вращения ротора.
Устройство трехфазных синхронных машин. Режимы работы синхронной машины.
Получение синусоидальной ЭДС в синхронном генераторе. Уравнение электрического
состояния, схема замещения и упрощенная векторная диаграмма фазы синхронного
генератора (СГ). Электромагнитный момент и угловая характеристика СГ. U-образная
характеристика СГ. Регулирование активной и реактивной мощности СГ. Включение СГ на
параллельную работу с системой бесконечной мощности.
Уравнение электрического состояния, схема замещения и упрощенная векторная
диаграмма фазы синхронного двигателя (СД). Электромагнитный момент и угловая
характеристика СД. U-образная характеристика СД. Регулирование активной и реактивной
мощности СД. Пуск СД.
Техническая термодинамика
Первое начало термодинамики.Внутренняя энергия как функция состояния. Уравнения
первого начала термодинамики. Понятие энтальпии. Частные производные внутренней
энергии.Понятие теплоемкости. Связь между истинной и средней теплоемкостями,
теплоемкости и внутренняя энергия и энтальпия.ервое начало термодинамики для потока.
Виды работ потока.
Термодинамические процессы идеального газа
Понятие равновесного, обратимого процессов. Круговые процессы (циклы). Идеальный
газ: уравнение и диаграммы состояния, основные законы, опыт Джоуля, уравнение Майера.
Смеси идеальных газов. Основные термодинамические процессы идеального газа, тепло и
работа процессов, определение изменения калорических свойств веществ в идеально газовом
состоянии.
Второе начало термодинамики
Обратимый цикл Карно, термический КПД, теоремы Карно. Произвольный обратимый
цикл, понятие энтропии как функции состояния, неравенство и интеграл Клаузиуса.
Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Условие равновесия
изолированных термодинамических систем.
Термодинамическая вероятность состояния. Статистический смысл второго начала
термодинамики.Характеристические
функции.
Условие
устойчивого
равновесия.
Химический потенциал.Абсолютная газовая и термодинамическая шкала температур.
Практическая термодинамическая шкала температур. Обратимость и производство полезной
работы. Эксергия.
Термодинамические свойства веществ
Опыт Эндрюса. Уравнение и изотермы Ван-дер-Ваальса. рT-, р-диаграммы реальных
веществ, термические коэффициенты и уравнение состояния и таблицы. Калорические
свойства веществ. Фазовое равновесие и фазовые переходы. Дифференциальные уравнения
термодинамики. Термодинамические процессы воды и водяного пара. hs,Ts- диаграммы.
Влажный воздух, hd -диаграмма влажного воздуха, процессы во влажном воздухе.
Термодинамика потока
Процессы адиабатного истечения. Скорость звука, переход через скорость звука.
Сопло Лаваля. Истечение водяного пара. Смешение и дросселирование паров и газов.
Газовые циклы
Компрессоры. Индикаторная диаграмма и термодинамический цикл работы
поршневого компрессора. Работа сжатия. Циклы двигателей внутреннего сгорания,
газотурбинных установок и реактивных двигателей. Термический КПД двигателей и пути их
повышения.
Паросиловые циклы
Цикл Ренкина, термический КПД, его зависимость от начальных параметров пара,
промежуточного перегрева пара, регенеративного подогрева питательной воды.
Теплофикационные циклы, коэффициент теплофикации. Бинарные циклы. Циклы атомных
теплоэнергетических установок. Методы прямого преобразования тепловой энергии в
электрическую.
Циклы холодильных установок и тепловых насосов. Циклы пароэжекторной,
парокомпрессорной, воздушной и абсорбционной холодильных установок.
Холодильный коэффициент, принцип работы трансформаторов тепла и тепловых
насосов.
Основы химической термодинамики и термодинамики необратимых процессов.
Типы химических реакции, равновесие и подвижность реакции. Скорость химической
реакции, закон Аррениуса. Метод термодинамики необратимых процессов, общее
выражение для диссипативной функции, теория теплопроводности.
Экономика отрасли
Энергетические ресурсы, направления и экономика их использования
Виды топлива, его характеристика и классификация. Угольная, газовая и нефтяная
промышленность – располагаемые запасы, места залегания ресурсов, объемы добычи,
проблемы. Необходимость совершенствования структуры энергопотребления. Основные
положения энергетической стратегии Казахстана. Топливно-энергетические балансы.
Активы предприятия. Состав и структура основных средств предприятий. Показатели
использования основных активов, экономический смысл показателя фондоотдачи и задачи
его повышения. Амортизация и методы ее начисления.
Состав и структура текущих активов. Структура рабочего капитала предприятия. Экономия
и оборачиваемость текущих активов.
ТРУДОВЫЕ РЕСУРСЫ ПРЕДПРИЯТИЯ. СПЕЦИФИКА РЫНКА ТРУДА. КАДРЫ –
ЧИСЛЕННОСТЬ, СТРУКТУРА, ДИНАМИКА. ОСОБЕННОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ТРУДА В ЭНЕРГЕТИКЕ. ФОРМЫ ОПЛАТЫ ТРУДА. ПОДГОТОВКА И ПЕРЕПОДГОТОВКА КАДРОВ В
ЭНЕРГЕТИКЕ. ПРАВОВЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ФОРМИРОВАНИЯ РЫНКА ТРУДА В РК. РОЛЬ ПРАВА В
СТИМУЛИРОВАНИИ МОТИВАЦИИ ТРУДА. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗАНЯТОСТИ.
СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ
Себестоимость производства и распределения энергетической продукции.
Особенности структуры затрат на энергопредприятиях. Составляющие затрат и их анализ
при производстве, передаче и распределении электроэнергии. Классификация затрат.
ПОЛИТИКА ЦЕНООБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЯХ
Основы теории и практики ценообразования. Формирование цены на топливо,
тарифов на электрическую и тепловую энергию в рыночных условиях. Прибыль и
рентабельность энергетического предприятия. Понятие оптового и розничного рынка
энергии. Формирования рынка энергии на основе биржевой торговли. Функции ЗАО
«КОРЭМ»
Основы экономики энергоснабжения
Экономическая эффективность концентрации, централизации и комбинирования в
энергетике в условиях формирования рынка энергии. Экономика транспорта энергоресурсов
и ее влияние на развитие энергоснабжающих систем.
Организация энергетического учета
Особенности бухгалтерского и налогового учета на энергопредприятиях.
Энергетический учет на промпредприятиях, Нормирования топливно-энергетических
ресурсов. Учет топлива. Учет электрической и тепловой энергии. Учет пара и горячей воды.
Учет сжатого воздуха и холодной воды. Техническая документация энергохозяйства.
Перспективы внедрения АСКУЭ.
Организация эксплуатации и ремонта оборудования
Задачи и сущность эксплуатации и ремонтов основного и вспомогательного
оборудования. Виды ремонтов, их содержание и источники финансирования. Ремонтный
цикл и его структура. Нормативы трудоемкости. Нормы простоя энергооборудования в
ремонте. Формы организации ремонтов. Показатели экономичности ремонтов.
Управление энергетическим предприятием
Организационная структура и схемы управления предприятием. Особенности
управления энергопредприятия. Классификация методов управления - организационнораспорядительные, административно-правовые, экономические, морально-воспитательные
методы управления. Требования к структуре управления.
Налоговая система Казахстана и энергопредприятий
Принципы налогообложения и виды налогов. Социальная функция налогов.
Общегосударственные и местные налоги РК. Налоги предприятия.
Проектный анализ. Технико-экономические расчеты в энергетике
Экономическое содержание, назначение и масштабы капиталовложений в
промышленности, в т.ч. в энергетике. Удельные капвложения. Сметная стоимость
энергетического строительства и пути ее снижения. Сущность и виды инвестиций.
Составляющие бизнес-плана. Дисконтирование. Расчет необходимого объема инвестиций,
денежных потоков и прибыли от реализации проекта. Методы оценки инвестиций – NPV, PI,
IRR, PP, ROI.
Дисциплина «Тепломассообмен»
Теплопроводность
Введение. Закон Фурье и его приложение к решению задач стационарной теплопроводности.
Предмет и метод тепломассобмена. Температурное поле и градиент температуры. Закон
Фурье. Коэффициент теплопроводности. Тепловой поток теплопроводности. Аналогия
между тепловым потоком и электрическим током. Термическое сопротивление
теплопроводности и его физические и геометрические составляющие. Геометрический
фактор термического сопротивления. Средние значения поверхности теплообмена и
коэффициента теплопроводности. Тепловой поток теплопроводности тел различной формы.
Распределение температуры в телах различной формы с постоянными и переменными
значениями
коэффициента
теплопроводности.
Стационарная
теплопроводность
многослойной стенки различной формы. Дифференциальное уравнение теплопроводности
(ДУТ). Коэффициент температуропроводности. Условия однозначности ДУТ. Коэффициент
теплоотдачи. Критерий Био. Приближенные: графический, численный, аналогии методы
решения задач. Решение задач стационарной теплопроводности с внутренним источником
теплоты.Стационарная теплопроводность пластины, стержня неограниченной и конечной
длины с внутренними источниками теплоты постоянной мощности.
Безразмерное ДУТ. Критерий Фурье. Решение ДУТ пластины методом Фурье. Анализ
полученного решения. НТП тел конечных размеров. Тепловой регулярный режим и его
значение.
Теплопередача
Основы теории теплопередачи (ТП). Формулы ТП и температуры стенок. Коэффициенты ТП
тел различной формы. Критический диаметр цилиндрической стенки. Пути интенсификации
ТП. Теплопередача ребристой стенки. Эффект оребрения стенки. Тепловой расчет
теплообменников.
Средний температурный напор прямо и противоточных теплообменников (ППТ).
Расчет выходной температуры теплоносителей. Сравнение эффективности ППТ. Средний
температурный напор сложных теплообменников.
Конвективный теплообмен в однородной среде. Общие понятия теории конвективного
теплообмена. Задачи конвективного теплообмена. Характеристика и пути определения
коэффициента теплоотдачи. Составление уравнения теплоотдачи на основе понятия вязкого
подслоя. Теоретические основы конвективного теплообмена в однородной среде.
Составление уравнения энергии. Его анализ. Приближённый учёт подъёмной силы в
уравнениях движения вязкой несжимаемой жидкости. Система дифференциальных
уравнений слабонеизотермического теплообмена слабосжимаемой вязкой жидкости и
условия однозначности. Повышение температуры вследствие адиабатического торможения.
Теплообмен при ламинарном течении Куэтта
Распределение скорости и температуры. Связь между адиабатными температурами
сжатия и трения. Коэффициент восстановления. Максимальная температура.Теория подобия
конвективного теплообмена.
Приведение дифференциальных уравнений конвективного теплообмена к
безразмерному виду. Критерий подобия и критериальные уравнения. Моделирование.
Эмпирический метод получения критериальных уравнений.
Основы теории теплового пограничного слоя (ТПС). Исходные положения. Основные
результаты теории динамического ПС. Получение уравнения энергии и характеристика
системы дифференциальных уравнений двухмерного ТПС.
Основы теории турбулентного конвективного теплообмена
Турбулентный перенос импульса и тепла. Составление дифференциальных уравнений и
вывод интегрального уравнения турбулентного ТПС. Переход ламинарного течения в
турбулентное. Релаксационная схема расчёта теплообмена при переходном режиме течения.
Представление о структуре ТПС. Логарифмический закон распределения температуры.
Гидродинамическая теория теплообмена.
Физическое и турбулентное числа Прандтля. Аналогия Рейнольдса. Уравнения Прандтля –
Тейлора и Кармана. Формула Райхардта. Теплоотдача при вынужденном обтекании
пластины.
Основные положения и результаты точного и приближённого решений динамической
задачи при ламинарном обтекании пластины (ЛОП). Точное и приближённое решения
тепловой задачи при ЛОП.
Влияние неизотермичности потока на теплоотдачу. Температурный фактор. Поправка
акад. М.А. Михеева. Теплоотдача пластины с переменной температурой. Теплоотдача
пластины с начальным необогреваемым участком. Теплоотдача пластины в турбулентном
потоке и в условиях переходного режима течения жидкости.
Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубе. Особенности теплообмена.
Уравнение Лайона. Теплоотдача при ламинарном, турбулентном и переходном режимах
течения жидкости в трубе. Теплоотдача при течении жидкости в изогнутых и шероховатых
трубах и в трубах некруглого поперечного сечения.
Теплоотдача в условиях свободной конвекции (УСК)
Точные решения и экспериментальные данные теплоотдачи тел в УСК.
Теплоотдача при внешнем обтекании трубы.
Теплоотдача при внешнем обтекании одиночной трубы, шахматных и коридорных
пучков труб.
Тепломассообмен при фазовом переходе и химических превращениях
Теплообмен при конденсации чистого пара (КЧП)
Особенности и решение Нуссельта для теплоотдачи при плёночной КЧП. Анализ
решения Нуссельта. Влияние ориентации тела. Теплоотдача при плёночной конденсации
движущегося пара на горизонтальных одиночных трубах и пучках труб и на вертикальной
стенке, а также внутри труб. Механизм теплообмена и теоретические и экспериментальные
данные теплоотдачи при капельной конденсации пара.
Теплоотдача при кипении жидкости (КЖ). Работа и минимальный радиус образования
пузырька. Влияние на теплоотдачу температурного напора и минимального радиуса
образования, роста и отрыва пузырьков. Переход от пузырькового к плёночному режиму
кипения жидкости. Теплоотдача при пузырьковом КЖ в условиях свободного движения.
Теплоотдача при пузырьковом КЖ в условиях вынужденного движения в трубах. Расчёт
критической тепловой нагрузки при КЖ.
Факторы высокой интенсивности теплообмена при фазовых переходах. Понятие о
тепловых трубах. Тепломассообмен (ТМО) в двухкомпонентной среде и при химических
превращениях.
Механизмы, виды и закон диффузии. Стефанов поток. Тепло- и массоотдача.
Уравнение массоотдачи. Системы дифференциальных и критериальных уравнений
массоотдачи. Тройная аналогия. ТМО при конденсации пара в парогазовой смеси. ТМО при
испарении жидкости в парогазовую среду. ТМО при химических превращениях.
Теплообмен излучением
Основы теории теплового излучения в прозрачной среде.
Основные законы излучения. Методы исследования лучистого теплообмена.
Геометрические характеристики системы излучающих тел и свойства лучистых потоков.
Теплообмен излучением между теплом и оболочкой. Лучистый теплообмен между
плоскопараллельными поверхностями. Лучистый теплообмен между серыми телами с
высокими коэффициентами поглощения. Доказательство теоремы взаимности лучистых
потоков. Метод поточной алгебры. Определение угловых коэффициентов облучённости
(УКО) методом поточной алгебры. Расчёт УКО пучка труб. Действие теплозащитных
экранов.
Теплообмен излучением в полупрозрачных средах. Особенности излучения и
поглощения газов. Расчёт теплового излучения продуктов сгорания. Тепловое излучение
пламени.