Федеральное агентство по образованию
Российский государственный университет нефти и газа
имени
УТВЕРЖДАЮ:
Первый проректор
проф.
____________________
«____»___________2009 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтегазовой отрасли
Направление подготовки
130500 «Нефтегазовое дело»
Профиль подготовки
Для всех профилей
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Москва 2009
1. Цели освоения дисциплины
Основными целями освоения дисциплины являются: изучение современного электропривода, сложной многокомпонентной системы, осуществляющей управляемое преобразование электрической энергии в механическую, изучение физических процессов в электроприводах с машинами постоянного и переменного (асинхронными и синхронными) машинами, изучение принципов управления в электроприводе и элементов проектирования электропривода.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
Дисциплина «Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтегазовой отрасли» представляет собой дисциплину вариативной части цикла профессиональных дисциплин (Б3) и относится к профилю 1 «Бурение нефтяных и газовых скважин». Дисциплина базируется на курсах цикла естественнонаучных дисциплин (Б2) и профессиональных дисциплин (Б3), входящих в модули Математика, Физика, Электротехника.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля)
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общекультурные и общепрофессиональные компетенции при освоении ООП ВПО, реализующей ФГОС ВПО:
- обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения (ОК-1);
- логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-3);
- быть готовым к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-4);
- вести переговоры, устанавливать контакты, урегулировать конфликты (ОК-5);
- проявлять инициативу, находить организационно-управленческие решения и нести за них ответственность (ОК-6);
- стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-9);
- уметь критически оценивать свои личностные качества, намечать пути и выбирать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-10);
- самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ПК-1);
- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
- владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, работать с компьютером как средством управления информацией (ПК-4);
- применять процессный подход в практической деятельности, сочетать теорию и практику (ПК-6);
- обоснованно применять методы метрологии и стандартизации (ПК-11);
- планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в т. ч. с использованием прикладных программных продуктов, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-18);
- использовать физико-математический аппарат для решения расчетно-аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-19);
- выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов (ПК-20);
- выполнять отдельные элементы проектов на стадиях эскизного, технического и рабочего проектирования (ПК-22);
- использовать стандартные программные средства при проектировании (ПК-23);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:
3.1. Студент знает:
- конструкцию, принцип действия, основные параметры и характеристики трансформатора, двигателя постоянного тока, асинхронного и синхронного двигателя (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20);
- способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей, преимущества и недостатки этих способов (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20);
- модели трансформатора и асинхронного двигателя, построенные на схемах замещения (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,4,19,20);
- классификацию потерь в электрических машинах и основы теплового расчета электрических машин (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20);
- требования, предъявляемые к электроприводам и их системам управления (ОК-1,3,9,10 ПК-1,6,22,23);
- назначение, состав и элементы механической и электрической частей электропривода (ОК-1,3,9,10 ПК-1,6,22,23);
- типовые схемы управления регулируемыми и нерегулируемыми электроприводами (ОК-1,3,9,10 ПК-1);
- основы проектирования электроприводов (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,19,20,22,23);
- специфику электроприводов в нефтегазовой отрасли (ОК-1,3,9,10 ПК-1);
- основы электроснабжения (ОК-1,3,9,10 ПК-1).
3.2. Студент умеет:
- проводить испытания и строить характеристики трансформатора, двигателя постоянного тока, асинхронного и синхронного двигателя (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20);
- соблюдать технику безопасности при работе с электрооборудованием (ОК-1 ПК-1,6);
- сравнивать технико-экономические показатели различных электроприводов (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,4,6,19,20).
3.3. Студент владеет:
- навыками работы с основными аналоговыми и цифровыми электроизмерительными приборами (ОК-1,9,10 ПК-1,2,4,6,11);
- основными методами выбора и испытания электроприводов (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20,22,23);
- способами моделирования установившихся процессов в трансформаторах и асинхронных двигателях (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,4,6,18,19,20);
- навыками работы со справочными и каталожными данными по электрооборудованию (ОК-1,3,9,10 ПК-1,4).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
1 | Электропривод и электро-оборудование технологичес-ких объектов нефтегазовой отрасли | 5 | Л (36) | ЛР (18) | СР (54) | 5 нед. – контр. работа, 10 нед. – контр. работа, 15 нед. – контр. работа. Защита ЛР Экзамен |
Темы, разделы дисциплины | Кол-во час. | Компетенции | |
л/лр/пз | общее кол-во компетенций | ||
1. Трансформаторы 2. Двигатели постоянного тока 3. Асинхронные двигатели 4. Синхронные двигатели 5. Нагрев и охлаждение электродвигателей 6. Основы электропривода 7. Механическая часть электропривода 8. Электрическая часть электропривода, типовые узлы и системы управления электроприводами 9. Выбор электроприводов 10. Электропривод в нефтяной и газовой промышленности 11. Обеспечение потребителей электрической энергией | 4/4/0 4/5/0 4/5/0 2/4/0 2/0/0 2/0/0 4/0/0 4/0/0 2/0/0 4/0/0 4/0/0 | ОК-1, 3, 4, 5, 6, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 6, 11, 18, 19, 20 ОК-1, 3, 4, 5, 6, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 6, 11, 18, 19, 20 ОК-1, 3, 4, 5, 6, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 6, 11, 18, 19, 20 ОК-1, 3, 4, 5, 6, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 6, 11, 18, 19, 20 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 19, 20, 22, 23 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 4 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 19, 20, 22, 23 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 19, 20, 22, 23 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 19, 20 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 4, 20, 22, 23 ОК-1, 3, 9, 10; ПК-1, 2, 4, 20, 22, 23 | 15 15 15 15 11 6 11 11 9 9 10 |
4.1 Содержание разделов дисциплины
1. Трансформаторы
Классификация, конструкция, принцип действия трансформаторов. Основные параметры и характеристики трансформаторов. Приведенный трансформатор, схемы замещения трансформатора. Основные типы и паспортные данные трансформаторов.
2. Двигатели постоянного тока
Конструкция, принцип действия двигателей постоянного тока. Основные параметры и характеристики двигателей постоянного тока. Реакция якоря. Коммутация. Тормозные режимы двигателей постоянного тока. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока. Основные типы и паспортные данные двигателей постоянного тока.
3. Асинхронные двигатели
Конструкция, принцип действия асинхронных двигателей. Основные параметры и характеристики асинхронных двигателей. Тормозные режимы асинхронных двигателей. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей. Схемы замещения асинхронных двигателей. Особенности конструкции современных типов асинхронных двигателей. Основные типы и паспортные данные асинхронных двигателей.
4. Синхронные двигатели
Конструкция, принцип действия синхронных двигателей. Основные параметры и характеристики синхронных двигателей. Системы возбуждения синхронных двигателей. Пуск синхронных двигателей. Регулирование возбуждения синхронных двигателей, U-образные характеристики. Основные типы и паспортные данные синхронных двигателей.
5. Нагрев и охлаждение электродвигателей
Тепловыделение и теплопередача в электрических машинах. Уравнение нагрева. Классификация потерь. Основные режимы работы электродвигателей. Классы изоляции.
6. Основные понятия электропривода
Определение понятия «электропривод». Назначение, состав, элементы электропривода, их функция. Общие требования к электроприводу. Структурная схема электропривода.
7. Механическая часть электропривода
Состав механической части электропривода. Механические характеристики основных типов рабочих машин. Активные и реактивные моменты сопротивления. Виды передаточных механизмов. Приведение моментов статической нагрузки и моментов инерции к валу двигателя. Учет потерь. Расчетная схема одномассовой механической системы. Уравнение движения электропривода. Динамика пуска и торможения. Нагрузочные и скоростные диаграммы электроприводов.
8. Электрическая часть электропривода, типовые узлы и системы управления электроприводами
Функции систем управления электроприводов. Требования к системам управления электроприводами. Основные элементы и релейно-контакторные схемы управления нерегулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Современные регулируемые электроприводы: конструкция и принцип действия преобразователей частоты, основные законы частотного управления; вентильный привод.
9. Выбор электроприводов
Стадии создания электропривода. Составление технических заданий, требований и условий. Поиск возможных решений выбора электропривода. Выбор мощности и основных параметров электродвигателя. Оценка энергетической эффективности электропривода.
10. Электропривод в нефтяной и газовой промышленности
Электроприводы основных механизмов буровых установок, требования и типовые схемы: электропривод ротора буровых установок, электропривод буровых насосов, электропривод буровой лебедки, электроприводы вспомогательных механизмов буровых установок. Особенности электроприводов для буровых установок морского базирования. Погружные асинхронные двигатели: особенности конструкции и эксплуатации.
11. Обеспечение потребителей электрической энергией
Типовые схемы электроснабжения в нефтегазовой отрасли. Договорные отношения с энергоснабжающей организацией. Графики электрических нагрузок. Выбор и проверка сечений проводов и кабелей. Выбор аппаратов защиты приемников электроэнергии. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При реализации программы дисциплины «Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтегазовой отрасли» используются различные образовательные технологии – во время аудиторных занятий (36 часов) занятия проводятся в виде лекций с использованием ПК и компьютерного проектора, лабораторных занятий (18 часов) в лабораториях электротехники и электрических машин, самостоятельная работа студентов (54 часа) предусматривает работу под руководством преподавателей (консультации и помощь в оформлении и выполнении практических занятий, а также самостоятельную работу студента при подготовке к защите лабораторных работ и к написанию контрольных работ).
Основные темы лабораторных занятий:
1. Изучение конструкции, принципа действия и основных эксплуатационных характеристик трансформаторов (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20).
2. Изучение конструкции, принципа действия, основных эксплуатационных характеристик и способов регулирования двигателей постоянного тока (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20).
3. Изучение конструкции, принципа действия, основных эксплуатационных характеристик и способов регулирования асинхронных двигателей (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20).
4. Изучение конструкции, принципа действия, основных эксплуатационных характеристик и компенсирующей способности синхронных двигателей (ОК-1,3,4,5,6,9,10 ПК-1,2,4,6,11,18,19,20).
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Оценочными средствами:
- для текущего контроля является экспресс-опрос по теме проведенного занятия,
- для промежуточной аттестации - три контрольные работы, а также средством контроля является введенная в университете рейтинговая системы оценки успеваемости студентов.
Контрольные вопросы и задания для промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
В течение преподавания курса «Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтегазовой отрасли» в качестве формы текущей аттестации студентов используется собеседование при приеме результатов лабораторных работ с оценкой. По итогам обучения в 6 семестре проводится экзамен.
Перечень примерных вопросов
1. Назначение, конструкция и принцип действия трансформаторов. Основные уравнения. Типы магнитопроводов. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
2. Классификация, номинальные и каталожные данные трансформаторов. (ОК-1,3,9,10 ПК-1)
3. Характеристики и векторные диаграммы опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
4. Приведенный трансформатор. Схемы замещения трансформатора. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
5. Работа трансформатора под нагрузкой. Векторные диаграммы. КПД и коэффициент мощности трансформатора. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
6. Внешние характеристики трансформаторов. Влияние рода нагрузки на характеристики трансформатора. Рабочие характеристики трансформаторов. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
7. Особенности конструкции трехфазных трансформаторов. Схемы и группы соединения обмоток. (ОК-1,3,9,10 ПК-1)
8. Назначение, конструкция, принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ). (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
9. Схемы возбуждения ДПТ и области применения этих схем. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
10. Реакция якоря в ДПТ. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
11. Коммутация в ДПТ. Способы улучшения условий коммутации в ДПТ. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
12. Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока (ДПТ). Рабочие характеристики ДПТ. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
13. Регулирование частоты вращения ДПТ. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
14. Назначение, конструкция и принцип действия асинхронного двигателя (АД). (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
15. Т-образная схема замещения и основные уравнения АД. Уравнение электромагнитного момента АД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
16. Электромеханическая и механическая характеристики АД. Рабочие характеристики АД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
17. Энергетическая диаграмма и КПД АД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
18. Регулирование частоты вращения АД. Тормозные режимы работы АД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
19. Назначение, конструкция, принцип действия синхронного двигателя (СД). Пуск СД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
20. Типы ротора СД. Влияние типа ротора на характеристики. Векторные диаграммы СД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
21. Системы возбуждения СМ. U-образные характеристики СД. Граница устойчивости. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
22. Угловая характеристика момента СД. Рабочие характеристики СД. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
23. Уравнение теплового баланса электрической машины. Постоянная времени нагрева и установившаяся температура. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
24. Нагрев и охлаждение электрических машин. Классификация режимов работы электрических машин по нагреву. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
25. Классы изоляции электрических машин. Температурное старение изоляции. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
26. Структурная схема электропривода. Назначение и функции элементов электропривода. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
27. Требования к электроприводу и системе управления электропривода. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
28. Приведение механической части электропривода к одномассовой механической системе. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
29. Расчет пуска и торможения электропривода. Построение нагрузочных и скоростных диаграмм электропривода. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20)
30. Типовые схемы систем управления нерегулируемых электроприводов. (ОК-1,3,9,10 ПК-1)
31. Назначение, конструкция и принцип действия преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Преимущества и недостатки использования преобразователей частоты. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
32. Выбор типа электропривода. Выбор электродвигателя. Энергетическая эффективность электропривода. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20,22,23)
33. Особенности электроприводов, используемых при буровых работах. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
34. Требования к свойствам и характеристикам электропривода ротора буровых установок. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
35. Требования к свойствам и характеристикам электропривода буровых насосов. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
36. Требования к свойствам и характеристикам электропривода буровой лебедки. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
37. Особенности конструкции и эксплуатации погружных электродвигателей. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
38. Электроснабжение потребителей нефтегазовой отрасли. Категории электроприемников. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2)
39. Защита приемников электроэнергии. Виды и назначение защит. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19)
40. Способы компенсации реактивной мощности. Расчет компенсирующих устройств. (ОК-1,3,9,10 ПК-1,2,19,20,22,23)
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
а) основная литература:
1. , Попов машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2007.
2. , Попов машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2007.
3. Онищенко привод: Учебник для вузов. – М. Академия, 2008.
б) дополнительная литература
1. , . Теория электропривода. Учебник.-С-Пб.,2000.
2. Москаленко привод: Учеб. пос.- М.: Academia, 2004.
3. , , . Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности.-Учебник.-М.:Недра, 2000.
4. Белоусенко И. В., Шварц Г. Р., Великий С. Н., Ершов М. С., Яризов технологии и современное оборудование в электроэнергетике нефтегазовой промышленности. – М.: Недра, 2007.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Специальные компьютерные программы, созданные преподавателями кафедры Теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени .
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лаборатории электротехники и электрических машин.
Компьютерные программы для моделирования испытаний электрических машин.
Слайды и презентации по темам курса.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 131000 «Нефтегазовое дело» и всем профилям подготовки.
Автор: доц.
Рецензент: проф.
Программа одобрена на заседании Ученого совета РГУ нефти и газа
им. от_______________года, протокол №__________________ .
