ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю |
___________________ Руководитель ООП по направлению 140400 зав. каф. ЭЭЭ проф. | _______________________ Зав. кафедрой ЭЭЭ проф. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника
Профиль подготовки: Электропривод и автоматика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. ЭЭЭ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины: Основной целью дисциплины является формирование у студентов теоретической базы по современным электромеханическим преобразователям энергии, которая позволит им успешно решать теоретические и практические задачи в их профессиональной деятельности, связанной с проектированием, испытаниями и эксплуатацией электрических машин.
Для достижения поставленной цели необходимо научить студентов:
- классифицировать электрические машины и описывать сущность происходящего
в них электромеханического преобразования энергии;
- самостоятельно проводить расчеты по определению параметров и характеристик
электрических машин;
- проводить элементарные испытания электрических машин.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Электропривод и автоматика» направления 140400 Электроэнергетика и электротехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники» и предшествует изучению следующих дисциплин: «Электрический привод», «Математические модели и расчет электромеханических систем», «Проектирование систем электропривода».
Входные умения и компетенции студента.
- способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
- готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
- способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, готовностью использовать компьютер как средство работы с информацией (ОК-11).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способность и готовность анализировать научно-техническую информацию,
изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
- способность разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и
электротехнических объектов (ПК-9);
- способность использовать современные информационные технологии, управлять
информацией с использованием прикладных программ деловой сферы деятельности;
использовать сетевые компьютерные технологии, базы данных и пакеты прикладных
программ в своей предметной области (ПК-19);
- способность применять методы испытаний электрооборудования и объектов
электроэнергетики и электротехники (ПК-43).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать и понимать принцип действия современных типов электрических машин, знать особенности их конструкции, уравнения, схемы замещения и характеристики; иметь общее представление о проектировании, испытаниях и моделировании электрических машин;
Уметь использовать полученные знания при решении практических задач по проектированию, испытаниями и эксплуатации электрических машин.
Владеть: навыками элементарных расчетов и испытаний электрических машин.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _______8____ зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
3 | 4 | 5 | |||
Аудиторные занятия (всего) | 106 | 54 | 51 | ||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Лекции | 70 | 36 | 34 | ||
Практические занятия (ПЗ) | |||||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 35 | 18 | 17 | ||
Самостоятельная работа (всего) | 146 | 55 | 55 | 36 | |
В том числе: | - | - | - | - | - |
Курсовой проект (работа) | 36 | ||||
Расчетно-графические работы | 55 | 55 | |||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | |||||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | Зач | Экз | Защ | ||
Общая трудоемкость час зач. ед. | 252 | ||||
8 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
1. Введение
Общие вопросы электромеханического преобразования энергии. Актуальные проблемы электромеханики. Роль электрических машин (ЭМ) в современной технике. История создания и тенденции развития электрических машин. Основные требования безопасности при разработке и эксплуатации машин. Классификация электрических машин. Эксплуатационные требования.
Основные законы электромеханики. Максимальный КПД, обратимость ЭМ, магнитные поля статора и ротора в установившемся режиме.
Физические законы, лежащие в основе принципа работы электрических машин. Закон электромагнитной индукции. Закон электромагнитной силы.
2. Коллекторные машины постоянного тока
Принцип действия и конструкции машин постоянного тока. Номинальные данные и режимы работы. Обмотка якоря машины постоянного тока. Петлевые обмотки и их расчет. Волновые обмотки и их расчет. Уравнительные соединения. Условия симметрии якорных обмоток машин постоянного тока. ЭДС и электромагнитный момент якоря машины постоянного тока. Машинная постоянная Арнольда.
Уравнения напряжения якоря машины постоянного тока для генераторного и двигательного режимов. Работа машины постоянного тока на холостом ходу. Магнитная цепь и составляющие МДС для создания основного потока машины постоянного тока.
Работа машины постоянного тока под нагрузкой. Магнитный поток реакции якоря и его влияние на магнитное поле машины. Компенсационные обмотки для компенсации потока реакции якоря.
Коммутация тока в секциях обмотки якоря машин постоянного тока. Уравнения для тока в секции при коммутации. Замедленная и ускоренная коммутация тока. Средства, применяемые для улучшения коммутации.
Параметры, основные уравнения и характеристики, пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей.
Характеристики генераторов постоянного тока. Внешние, нагрузочные и регулировочные характеристики генераторов постоянного тока с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Характеристический треугольник.
Потери и КПД машин постоянного тока. Потери холостого хода. Нагрузочные потери. Добавочные потери. Потери в обмотке возбуждения.
Специальные электрические машины. Универсальные коллекторные машины. Электромашинные усилители с поперечным полем возбуждения.
3. Трансформаторы
Принцип действия и конструкции трансформаторов Силовые трансформаторы. Однофазные трансформаторы. Основные уравнения и схемы замещения трансформаторов. Векторные уравнения напряжений первичной и вторичной цепи трансформатора. Приведение величин вторичной цепи трансформатора к первичной и векторные уравнения трансформатора в приведенных величинах: T-образная схема замещения трансформатора.
Векторная диаграмма трансформатора. Режим холостого хода трансформатора и векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу, параметры холостого хода. Векторная диаграмма трансформатора в режиме к. з. и треугольник к. з. Векторные диаграммы однофазного трансформатора для индуктивной и емкостной нагрузки. Упрощенные векторные диаграммы однофазного трансформатора.
Характеристики трансформаторов. Определение изменения напряжения трансформатора при сбросе нагрузке по векторной диаграмме трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора. КПД трансформатора и его характеристики.
Трехфазные трансформаторы. Группы соединений трехфазных трансформаторов. Особенности режимов холостого хода трехфазных трансформаторов при соединении обмоток звездой и треугольником. Параллельная работа трансформаторов.
Специальные типы трансформаторов. Автотрансформаторы. Принцип действия и устройство однофазных и трехфазных автотрансформаторов. Коэффициент трансформации автотрансформаторов.
4. Асинхронные машины
Принцип действия конструкции, параметры асинхронных машин с фазным ротором и короткозамкнутым ротором. Эквивалентная схема АД. Приведение роторных величин асинхронной машины к статорным.
Основные уравнения напряжений цепи статора и цепи ротора асинхронной машины.
Определение значения максимального момента и скольжения, при котором наступает максимальный момент асинхронной машины. Определение пускового момента асинхронной машины. Преобразование T-образной схемы замещения в Г-образную.
Характеристики асинхронных двигателей, пуск и торможение. Механические и рабочие характеристики АД. Пусковые характеристики АД с переменными параметрами. Переходные процессы в асинхронных машинах.
Регулирование скорости АД. Ступенчатое регулирование скорости АД с короткозамкнутым ротором переключением пар полюсов. Плавное (частотное) регулирование скорости АД с короткозамкнутым ротором изменением частоты и величины питающего двигатель напряжения. Каскадное регулирование скорости АД с фазным ротором. Асинхронный генератор. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели. Специальные исполнения асинхронных машин. Асинхронный преобразователь частоты. Асинхронный фазовращатель и асинхронный потенциалрегулятор. Однофазные АД. Конденсаторные АД.
Обмотки машин переменного тока. Основные коэффициенты, характеризующие обмотки переменного тока: относительный шаг обмотки, коэффициент укорочения, число пазов на полюс и фазу, коэффициент распределения, обмоточный коэффициент. ЭДС фазной обмотки.
5. Синхронные машины
Принцип действия и конструкции синхронных машин. Неявнополюсные и явнополюсные СМ. Реакция якоря синхронной машины. Поперечные и продольные синхронные сопротивления. Векторные диаграммы синхронной машины. Векторная диаграмма ЭДС явнополюсной синхронной машины. Векторная диаграмма ЭДС неявнополюсной синхронной машины. Упрощенные векторные диаграммы. Определение по векторным диаграммам изменения напряжения, электромагнитной мощности и момента на валу синхронной машины. Угловые характеристики синхронной машины. Перегрузочная способность и ОКЗ синхронной машины. Векторная диаграмма синхронного двигателя.
Характеристики синхронных машин. Характеристики холостого хода и короткого замыкания Определение ОКЗ по характеристикам холостого хода и короткого замыкания. Построение диаграмм ЭДС по характеристикам холостого хода и короткого замыкания, определение изменения напряжения синхронного генератора при сбросе нагрузки.
Характеристики синхронных генераторов.
Основные уравнения и механические и рабочие характеристики синхронных двигателей.
Асинхронный пуск синхронного двигателя.
Параллельная работа синхронных машин. Схемы синхронизации синхронных машин с сетью переменного тока. Работа синхронной машины в генераторном режиме при постоянном токе возбуждения и изменяющемся моменте на валу. Работа синхронной машины при постоянном моменте на валу и изменяющемся токе возбуждения.
U-образные характеристики регулирования реактивной мощности синхронной машины посредством изменения тока возбуждения. Системы возбуждения синхронных машин. Уравнения моментов синхронной машины в переходном режиме при набросе и сбросе нагрузки.
Потери и КПД синхронных машин. Потери в обмотках статора и ротора, добавочные потери в обмотках. Магнитные потери от переменного тока. Поверхностные и пульсационные потери в щеточном контакте. Вентиляционные и механические потери. Специальные электрические машины.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
1. | Электрический привод | х | х | х | х | ||
2. | Теория электропривода | х | х | х | |||
3. | Математические модели и расчет ЭМС | х | х | х | х |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Введение. | 2 | 2 | - | 4 | ||
2. | Машины постоянного тока | 20 | 13 | 44 | 77 | ||
3. | Трансформаторы | 14 | 3 | 33 | 50 | ||
4. | Асинхронные машины | 17 | 7 | 88 | 112 | ||
5. | Синхронные машины | 17 | 10 | 18 | 45 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1. | Введение. Основные требования безопасности при эксплуатации машин. | 2 |
2. | 2 | Исследование характеристик генератора с независимым возбуждением. Исследование характеристик генератора с параллельным возбуждением. Исследование характеристик двигателя постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением. | 13 |
…3 | 3. | Исследование характеристик трансформатора. | 3 |
4 | 4. | Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Определение режимных параметров асинхронного двигателя. | 7 |
5. | 5. | Характеристики синхронного генератора. Параллельная работа синхронного генератора с сетью. Исследование характеристик синхронного двигателя. | 10 |
7. Практические занятия (семинары) учебным планом не предусмотрены
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) «Проектирование асинхронного двигателя» или «Проектирование трехфазного трансформатора»
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. , , Хвостов B. C. Электрические машины и микромашины. М.: Высш. шк., 19с.
2. Копылов И. П. Электрические машины. М.: Высш. шк., 20с.
3. Электрические машины: Программа и методические указания с контрольными работами для изучения дисциплины и к курсовому проектированию /Сост. , , . СПб: РИЦ СПбГГИ, 20с.
4. Электрические машины. Машины постоянного тока и трансформаторы: Лабораторные работы/СПГГИ. Сост. . РИЦ СПГГИ, 20с.
5. Электрические машины. Машины переменного тока: Лабораторные работы/СПГГИ. Сост. , , . РИЦ СПГГИ, 20с.
б) дополнительная литература
1. Алексеев В. В., Козярук А. Е., Загривный Э. А. Электрические машины. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования: Учебное пособие. СПГГИ (ТУ), 20с.
2. Проектирование электрических машин / под ред. - М.: Энергия, 19с.
3. М. Расчет трансформаторов - М.: Энергоатомиздат, 19с.
4. Моделирование электрических машин: Учеб. для вузов М.: Высшая школа, 19с.
5. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов (под ред. ). М.: Высшая школа. 20с.
Microsoft Winows XP, Microsoft Office, Прикладной пакет компьютерного моделирования Simulink – Matlab (Консультационный центр MATLAB [сайт] http://matlab. *****/curvefitting/index. php).
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: компьютерная программа Assist2 для контроля успеваемости и промежуточной аттестации.
Интернет-ресурс кафедры электротехники и электромеханики СПГГИ:. URL: http://*****/node/891, http://oldwww. *****/skeleton/1/904.
Московский энергетический университет [сайт] URL: http://www. ***** (дата обращения 29.12.2010), ***** [сайт]: базы данных ВУЗов России по специальности 140600 Электротехника, электромеханика, электротехнологии URL: http://www. *****/baza/students. php? spec=140600 (дата обращения 29.12.2010),
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для занятий по дисциплине будут использована специализированная лаборатория "Электрические машины"(ауд.7207) с учебными стендами. Предполагается использование компьютерных классов – ауд. 6309 и 7124 площадью 70,48 м2 и 48,7 м2 с установленными 22 компьютерами Pentium 4, двумя лазерными принтерами, сканером. Используются компьютерные программы Simulink – Matlab, Mathcad.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Самостоятельная работа Проводится по рекомендациям преподавателей при этом. особо акцентируется внимание на необходимость самостоятельного изучения вопросов, которые не изучаются при проведении аудиторных занятий, но имеющих отношение к дидактическим единицам, знание которых необходимо при получении зачета и сдаче экзамена. Расчетные задания: Расчет машины постоянного тока, Расчет трансформатора, Расчет асинхронного двигателя.
Контроль: выполнения лабораторных работ, РГЗ и посещения лекций
Разработчики:
Каф. ЭЭЭ | доцент | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) | ||
Заведующий каф. ЭЭЭ | профессор | |||
(место работы) | (занимаемая должность) | (инициалы, фамилия) |
