МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ЮФУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ в г. ТАГАНРОГЕ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ФАВТ
_________________________
«____»_____________200__г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Образовательной профессиональной программы (ОПП)
220201 «Управление и информатика в технических системах»
Учебной дисциплины «Электромеханические и
мехатронные системы»
Факультет Автоматики и вычислительной техники
Выпускающая кафедра по ОПП
____Систем автоматического управления_______
Разработал
_________асс. каф. САУ ________
Таганрог 2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 3
1.1. Цель преподавания дисциплины.. 3
1.2. Задачи изучения дисциплины.. 3
1.3. Место дисциплины в образовательной программе специальности.. 3
2. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ.. 5
3. УЧЕБНЫЕ МОДУЛИ.. 6
3.1. Модуль №1 Электромеханическое преобразование энергии 6
3.2. Модуль №2 Электроприводы с двигателями постоянного и переменного тока.. 7
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ.. 9
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ.. 9
6. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. 10
7. Экзаменационные билеты……………………………………….13
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью изучения курса является получение знаний о физических основах функционирования различных электромеханических и мехатронных систем (ЭМиМС), об их свойствах и возможностях в зависимости от того какие электромеханические преобразователи энергии входят в их состав.
1.2 Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины "Электромеханические и мехатронные системы " (ЭМ и МС) студенты должны знать:
· Принципы преобразования энергии в ЭМ и МС;
· Динамические модели ЭМ и МС;
· Кинематику и механику электроприводов с двигателями постоянного и переменного тока;
· Способы управления ЭМ и МС;
· Методы синтеза силовой части ЭМ и МС и способы ее технической реализации;
· Энергетику ЭМ и МС.
1.3 Место дисциплины в образовательной программе специальности
В учебном плане направления подготовки 654600 «Информатика и вычислительная техника» дисциплина «Электромеханические и мехатронные системы» отнесена к федеральному компоненту общепрофессиональных дисциплин. К обязательному минимуму содержания дисциплины отнесены следующие темы.
«Электромеханическое преобразование энергии в простейшей электрической машине. Математическое описание электромеханических процессов преобразования энергии в многообмоточных электрических машинах. Математическое описание обобщенной электрической машины. Преобразование уравнений динамической модели обобщенной электрической машины. Кинематические схемы ЭМ и МС. Уравнения движения механической части ЭМ и МС. Операции привидения для одномассовой и многомассовой ЭМ и МС. Использование уравнения Лагранжа второго рода для описания механической части ЭМ и МС. Схема включения и математическая модель двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения (НВ) Математическая модель ЭМ и МС с ДПТ НВ. Регулирование скорости ДПТ НВ. Схема включения ДПТ последовательного возбуждения (ПВ) и его математическая модель. Регулирование координат ЭМ и МС с ДПТ ПВ. Математическая модель ЭМ и МС с ДПТ смешанного возбуждения (СВ). Статические характеристики ЭМ МС с ДПТ СВ и способы регулирования координат электропривода. Математическая модель ЭМ и МС с асинхронным двигателем (АД). Регулирование координат АД. Схема включения, пуск и возбуждение синхронных двигателей (СД). Математическая модель СД. Синхронный двигатель – компенсатор реактивной мощности.».
Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП)
Изучение дисциплины «Электромеханические и мехатронные системы» является одной из важнейших составляющих в приобретении знаний и умения применять электроприводы с различными типами двигателей при создании современных систем автоматического управления технологическими процессами и техническими объектами.
Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП
Дисциплина завершает курс специальной подготовки бакалавра. В этой связи она должна служить теоретической основой используемой специалистом при проектировании и создании современных локальных и интегрированных электромеханических и мехатронных систем технического назначения.
Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП
В процессе обучения студенты изучают современные средства автоматизации технических объектов и технологических процессов. Его знания в этой области представляют интерес для заказчиков, специализирующихся в первую очередь в разработке как локальных так и интегрированных электромеханических и мехатронных систем.
Междисциплинарные связи
Для успешного обучения студенту понадобятся знания в области таких дисциплин, как: “Высшая математика”, “Физика”, “Основы информатики”, “Программирование и основы алгоритмизации”, “Системное программное обеспечение”, “Теория автоматического управления”, “Общая электротехника и электроника”, “Электронные устройства систем управления”, “Микропроцессорная техника в системах управления”, “Основы электромеханики и мехатроники”.
Материалы дисциплины “Электромеханические и мехатронные системы” будут использованы в курсах: “Локальные системы управления”, “Гибкие автоматизированные производства”, на преддипломной практике и в процессе дипломного проектирования.
2 УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Электромеханические и мехатронные системы» изучается в 8 семестре. Распределение часов по учебным модулям и по видам работы приведено в следующей таблице.
Вид работы | Модуль 1 | Модуль 2 | Всего | |||
аудит. | самост. | аудит. | самост. | аудит. | самост. | |
Лекции | 20 | 5 | 24 | 6 | 44 | 11 |
Лабораторные занятия | 6 | 4 | 8 | 7 | 14 | 11 |
Практические занятия | – | – | – | – | – | – |
Выполнение индивидуальных заданий | – | – | – | – | – | – |
Итого по всем видам занятий | 26 | 9 | 32 | 58 | 22 |
3 УЧЕБНЫЕ МОДУЛИ
лабораторных работ (1 час).
выполнения работы необходимо снять характеристики ЭП.
Лабораторная работа № 2 «Сервопривод постоянного тока с обратной связью по скорости» посвящена исследованию устройства и принципов работы ЭП с обратной связью по скорости. В ходе выполнения работы необходимо снять характеристики ЭП.
Лабораторная работа № 3 «Электропривод постоянного тока с обратной связью по положению» посвящена исследованию устройства и принципов работы ЭП с обратной связью по положению. В ходе выполнения работы необходимо снять характеристики ЭП.
Лабораторная работа № 4 «Частотный электропривод переменного тока с обратной связью по скорости» посвящена исследованию устройства и принципов работы ЭП с частотным управлением. В ходе выполнения работы необходимо снять характеристики ЭП.
Порядок выполнения и сдачи работ
Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен ознакомиться с соответствующим руководством, подготовить ответы на контрольные вопросы. Работы могут выполняются в лабораториях кафедры в часы занятий по расписанию.
Студент готовит письменный отчет о выполнении работы. Требования к содержанию и оформлению отчетов приведены в руководствах по конкретным работам.
Преподаватель, принимающий лабораторную работу, проверяет знания студента с помощью контрольных вопросов, проверяет результаты работы по отчету, выясняет степень самостоятельности студента при выполнении работы.
7 ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ
Экзаменационный билет № 1
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при известной механической передаче.
2. Электромеханическая характеристика ЭП с АД.
3. Способ регулирования скорости ЭП с ДПТ НВ изменением Rд.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 2
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. КПД и cosφ ЭП.
2. Механическая характеристика ЭП с АД.
3. Система Г-Д.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 3
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Потери энергии и мощности в установившемся режиме.
2. Схема включения и замещения ЭП с АД.
3. Нереверсивная система ТП-Д с трехфазным ТП.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 4
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Структурная схема ЭП и уравнения движения механической части ЭП.
2. Механическая характеристика ЭП с АД.
3. Реверсивная система ТП-Д с трехфазным ТП.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 5
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Операция привидения для двухмассовой системы.
2. Частотный способ управления ЭП с АД.
3. Система ТП-Д с двухфазным двухполупериодным ТП.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 6
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Использование уравнений Лагранжа для описания механической части ЭП.
2. Электромашинный преобразователь частоты для ЭП с АД.
3. Схема включения и динамические характеристики ЭП с ДПТ НВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 7
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Установившееся движение ЭП..
2. Преобразователь частоты без звена постоянного тока для ЭП с АД.
3. Статические характеристики и режимы работы ЭП с ДПТ НВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 8
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Неустановившееся движение ЭП.
2. Преобразователь частоты со звеном постоянного тока для ЭП с АД.
3. Схема включения и динамические характеристики ЭП с ДПТ ПВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 9
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Потери мощности и энергии в переходном режиме при Мс≠0.
2. ЭП с вентильными двигателями.
3. Схема включения и динамические характеристики ЭП с ДПТ ПВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 10
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Потери мощности энергии в переходном режиме при Мс=0.
2. ЭП с исполнительными двигателями.
3. Схема включения и динамические характеристики ЭП с ДПТ НВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 11
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Потери энергии в установившемся режиме ЭП.
2. Схема включения и статические характеристики ЭП с СД.
3. Способы регулирования ЭП с ДПТ ПВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 12
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Потери мощности в установившемся режиме ЭП.
2. ЭП с однофазным АД.
3. Способы регулирования координат ЭП с ДПТ НВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 13
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при известной механической передаче.
2. Преобразователь частоты со звеном постоянного тока для ЭП с АД.
3. Способы регулирования скорости ЭП с ДПТ ПВ изменением резисторов и потока возбуждения.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 14
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя по предельным характеристикам нагрузки.
2. Электромеханическая характеристика ЭП с АД.
3. Способ регулирования скорости ЭП с ДПТ НВ изменением Uя.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 15
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Операция приведения для одномассовой системы.
2. Реостатный способ управления ЭП с АД.
3. Система ТП-Д с однофазным однополупериодным ТП.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 16
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при работе его в режима S1.
2. ЭП с однофазным АД.
3. Структурная схема и принцип работы системы "Tansvector".
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 17
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при работе его в режиме S2.
2. Работа синхронного двигателя в режиме компенсатора реактивной мощности.
3. Система "ТП-Д" с однофазным двухполупериодным тиристорным преобразователем.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 18
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при работе его в режиме S3.
2. Математическая модель и способы регулирования ЭП с ДПТ ПВ.
3. Способы регулирования скорости в ЭП с ДПТ НВ.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 19
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Выбор двигателя при работе его в режимах S4-S8.
2. Математическая модель и способы регулирования ЭП с ДПТ СВ.
3. Схема тиристорного преобразователя частоты без звена постоянного тока.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
Экзаменационный билет № 20
Кафедра систем автоматического управления
Дисциплина: Электромеханические системы
Группа А -
1. Уравнения неустановившегося движения ЭП пр постоянном и линейном характере нагрузки.
2. Математическая модель векторного управления АД.
3. Система регулирования скорости ЭП с ДПТ ПВ шунтированием цепи якоря.
Билет составил: ассистент
Зав. кафедрой САУ, профессор
