НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра
«АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан электромеханического факультета
____________________
“___ ”______________2004 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ.
ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ УСТАНОВКИ
ООП 654500 – «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»,
уровень подготовки инженерная подготовка по специальности 140605 – «Электротехнологические установки и системы».
Факультет Электромеханический
Курс 5 Семестр 9
Лекции 34 часа
Лабораторные работы 17 часов
Курсовой проект 9 семестр
Самостоятельная работа 69 часов
Экзамен 9 семестр
Всего 120 часов
Новосибирск
2004
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по подготовки дипломированного специалиста 654500 – «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ» по специальности 140605 – «Электротехнологические установки и системы».
Регистрационный номер _207 тех/дс.
Дата утверждения ГОС "_27__"03_2000г.
СД.01 - Электротехнологические установки и системы - дисциплина федеральной компоненты ГОС.
Номер дисциплины в учебном плане – 3.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки». Протокол №8/04 от 01.01.01 г.
Программу разработал
кандидат технических наук, доцент
Заведующий кафедрой АЭТУ
доктор технических наук, профессор
Ответственный за основную
образовательную программу
кандидат технических наук, доцент
1. Внешние требования
Следующие цитаты из ГОС относятся к данной дисциплине.
Перечень образовательных программ (специальностей), реализуемых в рамках данного направления подготовки дипломированного специалиста:…, 180500 Электротехнологические установки и системы,…
1.4. Квалификационная характеристика выпускника.
1.4.1. Область профессиональной деятельности.
Электротехника, электромеханика и электротехнологии составляют часть техники, которая включает совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, созданных для применения электрической энергии, управления ее потоками...
1.4.2. Объекты профессиональной деятельности выпускника: электротехнологические, электросварочные и электрофизические установки и процессы, установки и приборы бытового электронагрева;
1.4.3. Виды профессиональной деятельности.
Выпускники по направлению подготовки "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" могут быть подготовлены к выполнению следующих видов профессиональной деятельности: - проектно-конструкторская и технологическая; - исследовательская; - монтажно-наладочная;
1.4.4. Задачи профессиональной деятельности выпускника. Инженер по направлению подготовки "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" подготовлен к решению следующих профессиональных задач:
а) проектно-конструкторская и технологическая деятельность:
- формулирование целей проекта (программы) решения задач, критериев и показателей достижения целей, построение структуры их взаимосвязей, выявление приоритетов решения задач;
- использование информационных технологий при проектировании и конструировании электротехнического оборудования и систем, а также технологических процессов и технологических операций;
- прогнозирование надежности разрабатываемых изделий, систем и их элементов с учетом технологии производства;
б) исследовательская деятельность:
- создание теоретических моделей, позволяющих прогнозировать свойства и поведение объектов деятельности;
- разработка планов, программ и методик проведения испытаний электротехнических изделий, систем электрооборудования и их элементов;
- использование компьютерных технологий моделирования и обработки результатов;
в) эксплуатационное и сервисное обслуживание:
- выбор оборудования для замены в процессе эксплуатации;
1.4.5. Квалификационные требования.
Для решения профессиональных задач инженер:
- способствует полезному использованию природных ресурсов, энергии и материалов;
- проводит технико-экономический анализ, комплексно обосновывает принимаемые и реализуемые решения, изыскивает возможности сокращения цикла выполнения работ, содействует подготовке процесса их выполнения, обеспечению необходимыми техническими данными, материалами, оборудованием потоками информации;
- изучает и анализирует необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщает и систематизирует их, проводит необходимые расчеты, использует современные технические средства и информационные технологии;
- консультирует по вопросам проектирования конкурентоспособной продукции, разработки и реализации прогрессивных технологических процессов.
- достижения науки и техники, передовой и зарубежный опыт в соответствующей области знаний.
3.Требования к содержанию ООП.
Шифр | Содержание | Часов |
СД.01 | Электротехнологические установки и системы: основные научно-технические проблемы и перспективы развития электротехнологии; классификация электротехнологических установок и систем; конструкция и режимы работы электротехнологических установок: нагревательные и плавильные электротехнологические установки; установки спецэлектронагрева; электротехнологическое оборудование для процессов сушки материалов и изделий; электротехнологическое оборудование для обогрева помещений; лазерная обработка материалов; электротехнологическое оборудование для нанесения покрытий; порошковая металлургия; вакуумные электротехнологические установки; электросварочные установки. | 250 |
7. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ ВЫПУСКНИКА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ ДИПЛОМИРОВАННОГО СПЕЦИАЛИСТА "ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ"
7.1. Требования к профессиональной подготовленности выпускника.
Выпускник должен уметь решать задачи, соответствующие его квалификации,…
Инженер должен знать:
- методы разработки обобщенных вариантов решения проблемы, анализа вариантов, прогнозирование последствий, отыскание компромиссных решений в условиях многокритериальности, неопределенности, планирования реализации проекта;
- методы прогнозирования надежности разрабатываемых изделий, систем и их элементов;
- методы и способы проведения работ по техническому обслуживанию …, электротехнического оборудования и систем внутризаводского электроснабжения, …
- методы создания и анализа теоретических моделей, позволяющих прогнозировать свойства и поведение объектов деятельности;
- принципы работы, технические характеристики, конструктивные особенности разрабатываемых и используемых технических средств, материалов и их свойства;
- методы проведения технических расчетов и определения экономической эффективности исследований и разработок;
- достижения науки и техники, передовой и зарубежный опыт в соответствующей области знаний.
Инженер должен уметь:
- формулировать цели проекта (программы) решения задач, выявлять приоритеты решения задач;
- использовать информационные технологии при проектировании и конструировании электротехнического оборудования и систем;
- использовать компьютерные технологий моделирования и обработки результатов.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.
Таблица 2
Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | Стандарт специальности |
Адресат курса | Студенты пятьго курса, обучающиеся по направлению 654500 - "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" по специальноти 140605 - "Электротехнологические установки и системы" |
Главная цель | Изучение технологии производства продукции, конструкции и получение навыков расчета конструктивных, электрических и энергетических параметров электродуговых установок атмосферного давления. |
Ядро курса | Вопросы теории цепей с дугами. Связь технологии и конструкции, экономических показателей и электрического режима работы дуговой установки. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса | Для успешного усвоения материала дисциплины необходимы знания, полученные в курсах: "Физика", "Химия", "Теоретические основы электротехники", "Материаловедение", "Теория электронагрева и теплопередачи", "Информатика". |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует ГОС |
Объём курса в часах | Курс имеет как теоретическую, так и практическую направленность. Объем курса: 34 часа лекционных занятий, 17 часов лабораторных работ. |
Основные понятия курса | Устойчивость, непрерывность горения дуги; элеккктрические и рабочие характеристики, энергетический баланс электродуговой установки; технологический процесс;параметры вторичного токоподвода; перенос мощности. |
Обеспечение последующих дисциплин | Дисциплина преподается в последнем семестре инженерной подготовки. Полученные в ней знания студенту могут пригодиться в процессе дипломного проектирования. |
Практическая часть курса | На лабораторных работах студе6нт получает навыки по расчету и анализу электрических и рабочих характеристикв среде Ms Excel или MathCad, проектирования вторичного токоподвода с расчетом нескольких вариантов и выбора наилучшего ;расчета нескольких параметров вторичного токоподвода с использованием программы в среде Ms Excel; постение векторной диаграммы напряжений трехфазного несимметричнного контура с дугами в среде AutoCad, которые затем применяет в курсовом проектировании. |
Учёт индивидуальных особенностей студентов | При выдаче задания на курсовое проектирование возможен учет предполагаемой тематики дипломного проектирования. |
Особая технология организации учебного процесса | При выполнении заданий лабораторных работ и курсовых проектов студенты активно ипользуют банк технической документации, имеющейся в кабинете курсового и дипломного проектирования кафедры АЭТУ. |
Описание основных "точек" | В середине семестра студенты должны написать контрольную работу теоретического характера, за две недели до конца семестра защитить курсовой проект. Итоговый контроль - курсовой экзамен в письменном виде, с возможностью дальнейщего собеседования. Вопросы дисциплины также входят в программу государственного экзамена по специальности. |
Ваш курс и современные информационные технологии | В процессе выполнения практических заданий студенты используют среду Ms Excel и систему автоматизированного роектирования AutoCad. |
Ваш курс и современное состояние науки и практики | В настоящее время очень динамично развиваюся техногический процесс плавки стали в дуговых сталеплавильных печах, предлагаются новые конструктивные решения отдельных узлов и установок в целом. Эти вопросы обязательно рассматриваются в данной дисциплине. |
3. Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 3.
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление | |
1 | Об электрической дуге, как способе преобразования электрической энергии в тепловую. |
2 | Основах металлургических процессов, осуществляемых в электродуговых установках. |
3 | Об альтернативных электрическому способах получения жидкой стали. |
4 | О современной технологии разливки стали. |
знать | |
5 | Технологию плавки стали в электродуговых установок. |
6 | Условия устойчивого, непрерывного горения дуги. |
7 | Способы регулирования электрического режима электродуговой установки. |
8 | Особенности электрических цепей с дугами, основы выбора электрических режимов работы электродуговых установок. |
9 | Особенности конструктивного исполнения современных электродуговых установок. |
10 | Технико-экономические и электрические характеристики электродуговых установок. |
11 | Этапы проектирования вторичного токоподвода электродуговой установки. |
12 | Материалы, номенклатуру сечений, применяемых на различных участках вторичных токоподводов дуговых установок. |
13 | Методику расчета активного и индуктивного сопротивления проводников вторичного токоподвода. |
14 | Причины и последствия переноса мощности по фазам трехфазной электродуговой установки. |
15 | Составляющие энергетического баланса дуговой установки и методику их расчета. |
16 | Технологические возможности внепечной обработки стали. |
17 | Технологическое назначение и конструкцию агрегата "ковш-печь". |
18 | Методику расчета электрических и геометрических параметров РТП. |
19 | Технологическое назначение руднотермических установок и его связь с конструкцией. |
уметь | |
20 | Рассчитывать электрические и рабочие характеристики электродуговой установки. |
21 | Выбирать рациональный электрический режим работы дуговой установки. |
22 | Рассчитывать активное и индуктивное сопротивления участка вторичного токоподвода. |
23 | Рассчитывать энергетический баланс электродуговой установки. |
24 | Строить векторную диаграмму напряжений трехфазного электропечного контура с дугами. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Описание лекционных занятий размещается в табл. 4 с указанием семестра, в котором организуется обучение по данной дисциплине.
Таблица 4
Темы лекционных занятий | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | ||
Модуль №1 Теория электрической дуги и электрических цепей с дугами. | ||
Характеристика электродугового нагрева, его технологического назначения. История развития электродуговых установок и современные тенденции развития. Технико-экономические показатели работы современных ДСП. | 2 | 1, 3 |
Электрическая дуга как один из видов разрядов в газе. Вольт-амперная характеристика дуги постоянного тока. Уравнения Айртон и Фрейлиха. Условие устойчивого горения дуги постоянного тока и методы регулирования ее параметров. | 2 | 1, 6, 7 |
Дуга переменного тока: динамическая вольт-амперная характеристика, зависимость ее вида от условий горения дуги. Прерывистое и непрерывное горение дуги. Условие непрерывного горения дуги переменного тока. | 2 | 6, 8 |
Модуль №2. Дуговые сталеплавильные печи (ДСП). | ||
Металлургические основы получения стали. Классическая и современная технологии получения стали в дуговой сталеплавильной электропечи. | 4 | 2, 5 |
Конструкция современной ДСП. | 2 | 9 |
Вторичный токоподвод ДСП: функции, требования к параметрам, этапы проектирования, конструктивное исполнение отдельных участков, методика расчета активного и индуктивного сопротивления. | 4 | 11, 12, 13 |
Построение электрических и рабочих характеристик электродуговой установки. Анализ допущений. | 2 | 10 |
Причины несимметрии трехфазного электропечного контура ДСП. Электромагнитное взаимодействие фаз. Явление переноса мощности. | 2 | 14 |
Энергетический баланс современной ДСП.. | 2 | 15 |
Методы внепечной обработки и непрерывной разливки стали. Современный отечественный агрегат "ковш-печь": конструкция и технологические возможности; | 4 | 4, 16, 17 |
Модуль №3. Руднотермические установки. | ||
Особенности преобразования электрической энергии в тепловую в руднотермических печах (РТП). РТП для получения ферросплавов: технологический процесс, конструктивное исполнение. | 4 | 1, 9, 19 |
РТП для получения фосфора, карбида кальция, огнеупоров: технологический процесс, особенности конструкции. | 2 | 9, 10, 19 |
Метод подобия электромегнитных полей при расчетах РТП. Методика расчета электрических и геометрических параметров РТП. | 2 | 18 |
Описание лабораторных работ размещается в табл. 6 с указанием семестра, в котором организуется обучение по дисциплине.
Таблица 6
Темы практических занятий | Учебная деятельность | Часы | Ссылки на цели |
Семестр №9 | |||
Построение электрических и рабочих характеристик электродуговой установки. | Создание в среде Ms Excel программы расчета электрических и рабочих характеристик электродуговой установки по известным формулам, построение графиков. Выбор диапазона оптимальных режимов работы. | 4 | 10, 20 |
Определение параметров участка вторичного токоподвода электродуговой установки. | Построение расчетной схемы заданного участка с использованием технической документации на дуговые установки, имеющейся в кабинете курсового и дипломного проектирования кафедры. Вод исходных данных в программу в среде Ms Excel, расчет фазных сопротивлений и коэффициента несимметрии сопротивлений. | 4 | 12, 13, 22 |
Построение векторной диаграммы напряжений трехфазного электропечного контура с дугами. | Расчет по известному рабочему току напряжений на активных и индуктивных собственных и взаимных сопротивлениях вторичного токоподвода ДСП. Построение в среде AutoCad векторной диаграммы и определение по ней напряжений дуг в фазах. Расчет коэффициента несимметрии мощностей дуг. | 4 | 14, 24 |
Статические характеристики дуги постоянного тока. | Работа на лабораторном стенде по снятию экспериментальных характеристик и обработка полученных данных с использованием метода планирования эксперимента, а также выбор параметров электрического контура, обеспечивающих устойчивость горения электрической дуги. | 4 | 6 |
Зачетное занятие. | Ответы на вопросы преподавателя. | 1 |
5. Учебная деятельность
В процессе освоения дисциплины студент должен сдать контрольную работу, защитить курсовой проект и сдать курсовой экзамен.
Контрольная работа.
Задание охватывает материал лекционных занятий.
Целью проведения контрольной работы является проверка усвоения студентами материала лекционного материала по первой и второй частям лекционного материала. Задание состоит из двух теоретических вопросов, по одному из каждого модуля, и задачи.
Вариант задания для контрольной работы:
1. Какова роль индуктивности в электрической цепи с дугой?
2. Каковы составляющие энергетического баланса ДСП?
3. Определить cos φ , соответствующий режиму 60 кА при среднефазных сопротивлениях вторичного токоподвода r=0,3 мОм, х=3 мОм наступени напряжения Uл=750 В.
Курсовой проект.
Целью курсового проектировании является получение практических навыков расчета основных конструктивных, электрических и технико-экономических параметров электродуговых установок.
Темой курсового проекта является разработка и расчет одного типоразмера дуговой сталеплавильной или руднотермической установки.
В пояснительной записке освещаются следующие вопросы:
1. краткое описание технологического процесса, проводимого в данной установке,
2. выбор геометрических размеров установки,
3. составление энергетического баланса,
4. выбор основного оборудования,
5. расчет активного и реактивного сопротивления одного из участков вторичного токоподвода,
6. расчет электрических и рабочих характеристик установки,
7. сравнительный анализ основных показателей спроектированной установки с серийными установками аналогичного назначения и типоразмера.
Примерный объем пояснительной записки курсового проекта – 30-40 страниц.
Графическая часть проекта включает в себя общий вид установки. Объем графической части 1-2 листа формата А1 в соответствии с заданием.
Задания на курсовой проект приведены в таблицах 6 и 7.
Таблица 6
Задание на проектирование дуговой сталеплавильной печи
№ | Емкость | Сопротивление вторичного токоподвода, мОм | |
активное | индуктивное | ||
1 | 3 | 1,46 | 8,5 |
2 | 6 | 0,84 | 3,29 |
3 | 12 | 0,73 | 1,95 |
4 | 25 | 0,64 | 2,51 |
5 | 50 | 0,61 | 3,12 |
6 | 100 | 0,23 | 3,8 |
7 | 125 | 0,43 | 4,15 |
8 | 150 | 0,41 | 3,96 |
9 | 80 | 0,36 | 3,45 |
10 | 100 | 0,37 | 3,21 |
11 | 5 | 0,98 | 4,82 |
Таблица 7
Задание на проектирование руднотермической печи
№ | Параметры проектируемой печи | Образцовая | ||||
Вари- | Выпускаемый продукт | Годовой фонд рабочего времени, ч | Производи-тельность, | Удельный расход эл. энергии, кВт×ч/т | Коэффициент мощности | печь |
12 | ФС 45 | 8160 | 30000 | 4750 | 0,82 | РКЗ-16,5Н1 |
13 | ФС 75 | 7920 | 15000 | 8500 | 0,84 | РКО-16,5Н1 |
14 | ФС 25 | 8160 | 60000 | 1600 | 0,83 | РКЗ-33Н1 |
15 | ФХ 650 | 8160 | 72000 | 3500 | 0,92 | РКЗ-33М1 |
16 | ФМ 650 | 7920 | 86000 | 4300 | 0,92 | РПЗ-48М2 |
К экзамену допускаются студенты, выполнившие и защитившие лабораторные работы, написавшие контрольную работу с положительным результатом, выполнившие и защитившие курсовой проект.
Экзаменационный билет содержит 3 вопроса: два теоретических по темам лекционного материала и один практический, связанный с расчетной частью курсового проекта и тематикой лабораторных работ.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Для успешного освоения дисциплины студент должен:
- прослушать курс лекций;
- выполнить и защитить лабораторные работы;
- написать 1 контрольную работу;
- выполнить и защитить курсовой проект;
- сдать курсовой экзамен.
7. Список литературы
Основной список
1. Сарапулов параметров цепей электротехнологических установок, Екатеринбург: УГТУ, 1999. – 83 с.
2. Техническая эксплуатация электротермических установок: учеб. пособие / , . Екатеринбург? ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2005. – 76 с.
3. , Миронов эффективность дуговых сталеплавильных печей: Учеб. пособие /Под. ред. . Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. – 154 с.
4. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов / , , и др.; Под ред. . – 2-е изд, перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 198с.
5. , Курапина электропечи. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1994. – 173 с.
6. , Тесля электротехнологии. Дуговые печи и установки / Метод. указания к выполнению курсового проекта. –Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. – 28 с.
7. Курапина электропечи и установки специального нагрева. Руднотермические печи / Методические указания к курсовому проекту. - Новосибирск: НЭТИ, 1989. – 16 с.
8. Завьялова и электроснабжение ЭТУ. Основные этапы проектирования вторичных токоподводов ЭТУ / Метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию. – Новосибирск: НЭТИ.- 1985.
9. Завьялова и электроснабжение ЭТУ. Вторичные токоподводы плавильных ЭТУ / Метод. Указания к курсовому и дипломному проектированию. – Новосибирск: НЭТИ.- 1985.
10. , Рысс стали и ферросплавов. – М.: Металлургия, 1979.-
Дополнительный список
1. , Шепель установки: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа. 19с.
2. Электротехнологические промышленные установки: Учебник для вузов/ Под ред. . - М.: Энергоиздат, 19с.
3. Устройство и работа сверхмощных дуговых сталеплавильных печей / , , – М.: Металлургия, 1990. – 176 с.
4. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей. Справ. изд. / , , и др. / 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1987.-320 с.
8. Контролирующие материалы
для аттестации студентов по дисциплине
Контрольные вопросы к курсовому экзамену
1. Свойства электрической дуги, как источника тепла и ее технологическое назначение.
2. Каковы преимущества электросталеплавильной технологии перед другими способами производства стали?
3. Основные этапы электросталеплавильного производства.
4. Электрическая дуга, как один из видов разрядов в газе.
5. Вольт-амперная характеристика дуги постоянного тока. Уравнения Айртон и Фрейлиха.
6. Условие устойчивого горения дуги постоянного тока. Методы регулирования мощности дуги.
7. Динамическая вольт амперная характеристика дуги переменного тока.
8. Прерывистое и непрерывное горение дуги переменного тока.
9. Классическая технология производства стали в ДСП.
10. Современная технология производства стали в ДСП
11. Конструкция современной ДСП.
12. Способы выпуска металла из ДСП. Их сравнительная характеристика.
13. Вторичный токоподвод: функции, требования к параметрам, этапы проектирования.
14. Конструктивные приемы при проектировании вторичного токоподвода: триангуляция, бифиляция.
15. Вторичный токоподвод: конструктивное исполнение участков.
16. Вторичный токоподвод: методика расчета параметров.
17. Перенос мощности в ДП. Причины, последствия.
18. Энергетический баланс ДСП: приходные статьи.
19. Энергетический баланс ДСП: расходные статьи.
20. Технико-экономические показатели работы современных ДСП.
21. Сравнительная характеристика дуговых печей постоянного и переменного тока.
22. Каковы преимущества использования внепечной обработки стали?
23. Конструкция агрегата «ковш-печь».
24. Технологическое назначение руднотермических печей.
25. Технология получения ферросилиция.
26. Конструкция электропечей для получения ферросилиция.
27. В чем преимущества получения ферросплавов перед получением чистых металлов?
28. Условия горения дуги в РТП.
29. Маркировка ферросплавов.
30. Характеристики шлака: кратность, основность.
31. Получение феррохрома: особенности технологии, особенности конструкций печей.
32. Получение ферромарганца: особенности технологии, особенности конструкций печей.
33. Способы выпуска продукции в РТП.
34. Методика и последовательность расчета электрических и геометрических параметров РТП.
35. Методы внепечной обработки стали.
36. Электродинамические взаимодействия в ДСП: влияние на работу печи, параметры, влияющие на уровень взаимодействий.
