ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ:

Ο βασικός στόχος του μαθήματος (θεωρία και εργαστήριο) είναι η εισαγωγή των φοιτητών στις βασικές αρχές λειτουργίας και κατασκευής των Ηλεκτρικών Μηχανών, καθώς και στα είδη και πεδία εφαρμογής τους. Δεδομένης της αυξανόμενης χρήσης τεχνολογιών όπως οι ανεμογεννήτριες, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα και η ρομποτική, η γνώση των Ηλεκτρικών Μηχανών καθίσταται απαραίτητη για τον σύγχρονο Μηχανολόγο Μηχανικό.

Ο φοιτητής / τρια με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος θα είναι σε θέση να:

• Κατανοεί τις θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας των Ηλεκτρικών Μηχανών.
• Αναγνωρίζει τα είδη και τις χρήσεις των Ηλεκτρικών Μηχανών.
• Αναγνωρίζει τα βασικά εξαρτήματα και τη σήμανση των ακροδεκτών των Ηλεκτρικών Μηχανών.
• Κατανοεί τα προβλήματα που, εν δυνάμει, θα παρουσιαστούν σε περίπτωση σφάλματος/αστοχίας.
• Αναγνωρίζει τις ηλεκτρονικές διατάξεις ισχύος που είναι απαραίτητες για τον έλεγχο των Ηλεκτρικών Μηχανών.

Γενικές Ικανότητες

• Ικανότητα κατανόησης των θεμελιωδών φυσικών νόμων του ηλεκτρομαγνητισμού.
• Ικανότητα για αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών για λήψη αποφάσεων.
• Ικανότητα για Αυτόνομη και ομαδική εργασία.
• Ικανότητα για προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.
• Ικανότητα χρήσης των κατάλληλων θεωρητικών εργαλείων για την επίλυση πραγματικών προβλημάτων της βιομηχανίας.

Θεωρία

• Εισαγωγή: Θεμελιώδεις φυσικοί νόμοι ηλεκτρομαγνητισμού, βασική Ηλεκτροτεχνία συνεχούς και μονοφασικού/τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος, μαγνητικό πεδίο, σιδηρομαγνητικά υλικά, εξοικείωση με την έννοια της ενέργειας και την μετατροπή της (απώλειες και βαθμός απόδοσης).

• Γενικές αρχές ηλεκτρικών μηχανών: Είδη ηλεκτρικών μηχανών, βασική κατασκευή, βασική αρχή λειτουργίας, απώλειες ενέργειας, μαγνητική υστέρηση, δινορρεύματα.

• Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος (DC) ξένης και παράλληλης διέγερσης (εν κενώ και υπό φορτίο): Στοιχειώδης ηλεκτρική γεννήτρια, νόμοι Faraday και Lenz, χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας, πτώση τάσης, αντιρροπή (νόμος Ampere).

• Κινητήρας συνεχούς ρεύματος (DC) ξένης και παράλληλης διέγερσης (εν κενώ και υπό φορτίο): Στοιχειώδης ηλεκτρικός κινητήρας, νόμος Ampere, χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας, εκκίνηση, ρύθμιση ταχύτητας περιστροφής, αλλαγή φοράς περιστροφής.

• Μονοφασικός και τριφασικός (σύντομη αναφορά) μετασχηματιστής (εν κενώ και υπό φορτίο): Βασική κατασκευή, αρχή λειτουργίας, λόγος μετασχηματισμού, ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα, ανηγμένα ηλεκτρικά μεγέθη, τάση βραχυκύκλωσης, μαγνητική ροή σκέδασης, ψύξη μετασχηματιστών, χρησιμότητα στα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, μετασχηματιστής απομόνωσης (1:1), σύγχρονες εφαρμογές.

• Τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) βραχυκυκλωμένου και δακτυλιοφόρου (σύντομη αναφορά) δρομέα: Βασική κατασκευή, δημιουργία στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, συνδεσμολογίες αστέρα (Υ) και τριγώνου (Δ), χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας, ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα, εκκίνηση, διακόπτης Υ/Δ, ρύθμιση ταχύτητας περιστροφής, αλλαγή φοράς περιστροφής.

• Μονοφασικός ασύγχρονος κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (AC): Βασική κατασκευή, στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, κύρια και βοηθητικά τυλίγματα, είδη κινητήρων, εκκίνηση, ρύθμιση ταχύτητας περιστροφής, αλλαγή φοράς περιστροφής.

• Σύντομη αναφορά σε Σύγχρονες Γεννήτριες – Εναλλακτήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC).

• Εξειδικευμένοι τύποι ηλεκτρικών μηχανών: Βηματικοί κινητήρες (stepper motors), Κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (brushless motors), Σερβοκινητήρες (servomotors).

• Λειτουργία ηλεκτρικών μηχανών σε πραγματικές ηλεκτρομηχανολογικές εφαρμογές: Περιγραφή, ανάλυση λειτουργίας, αποσφαλμάτωση πραγματικών διατάξεων, χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος για τον έλεγχο και την εκκίνηση ηλεκτρικών μηχανών.

Εργαστήριο

• Εισαγωγή: Ενημέρωση σχετικά με τον εργαστηριακό χώρο και τους κινδύνους του ηλεκτρικού ρεύματος στον ανθρώπινο οργανισμό.

• Μετρητικά όργανα ηλεκτρικών μεγεθών: Χρήσεις και τρόποι σύνδεσης.

• Γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (DC): Θεωρία – Πείραμα.

• Κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC): Θεωρία – Πείραμα.

• Μονοφασικοί μετασχηματιστές: Θεωρία – Πείραμα.

• Τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC): Θεωρία – Πείραμα.

• Μονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC): Θεωρία – Πείραμα.

Χρήση διαδραστικών διαφανειών στις παραδόσεις. Υποστήριξη μαθησιακής διαδικασίας (θεωρίας και εργαστηρίων) με σημειώσεις, διαφάνειες, και διαδραστικά πολυμέσα, μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας e-Class.

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Η διαδικασία αξιολόγησης έχει ως εξής:

• Γραπτή τελική εξέταση θεωρίας (75%) που περιλαμβάνει επίλυση πραγματικών προβλημάτων

• Εξέταση εργαστηρίου (25%) που περιλαμβάνει:

-   Επεξεργασία / ανάλυση αποτελεσμάτων εργαστηριακών πειραμάτων.

-   Εκπόνηση ομαδικών εργασιών με μετρήσεις που διεξάγονται στο εργαστήριο. 

Ενδεικτικά (ελληνόγλωσσα και ξενόγλωσσα) Συγγράμματα

• S. J. Chapman, Ηλεκτρικές Μηχανές AC-DC, 5η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2020.

• Α. Ν. Σαφάκας, Ηλεκτρικές Μηχανές, Εκδόσεις ΖΗΤΗ, 2019.

• Π. Β. Μαλατέστας, Ηλεκτρικές Μηχανές, Εκδόσεις Τζιόλα, 2021.

• Π. Β. Μαλατέστας, Μ. Α. Τερζή, Ηλεκτρομηχανικά Συστήματα Μετατροπής Ενέργειας, Εκδόσεις Τζιόλα, 2020.

• C. I. Hubert, Ηλεκτρικές Μηχανές, Εκδόσεις Ίων, 2012.

• G. Rizzoni, Ηλεκτρομηχανική – Τόμος 3, Εκδόσεις Παπαζήση, 2006. 

• Σ. Βασιλακόπουλος, Ηλεκτρικές Μηχανές, Ίδρυμα Ευγενίδου, 2006.

• Γ. Πολλάλης, Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών Ι, Εκδόσεις Ίων, 2012.

• Π. Βερνάδου, Η. Βυλλιώτη, Π. Μαλατέστας, Εργαστηριακές ασκήσεις ηλεκτρικών μηχανών, Εκδόσεις Τζιόλα, 2008. 

• Σ. Τουλόγλου, Β. Στεργίου, Ηλεκτρικές Μηχανές Συνεχούς και Εναλλασσόμενου Ρεύματος, Εκδόσεις Ίων, 2009.

• Α. Γούτης, Ηλεκτρικές μηχανές, Εκδόσεις Ίων, 2006.

• P. C. Sen, Principles of Electric Machines and Power Electronics, Wiley Publications, 2013. 

Σχετικά Διεθνή Επιστημονικά Περιοδικά

• IEEE Transactions on Energy Conversion
• IEEE Transactions on Magnetics
• IET Proceedings – Generation Transmission and Distribution
• IET Proceedings – Electric Power Applications
• Electric Power Systems Research, Elsevier
• Applied Energy, Elsevier

• Energy Systems, Springer