НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ ИНСТИТУТА ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан ЗФ ИДО
“___ ”______________2006 г.
.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
Моделирование в электромеханике.
ООП 140601 - электромеханика: инженерная подготовка.
Факультет ЗФ ИДО
Курс 4, семестр 8
Лекции 12 ч.
Лабораторные работы 8 ч.
Контрольная работа 8 семестр
Самостоятельная работа 116 ч.
Зачёт 8 семестр
Всего 136 ч.
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 654500 – электротехника, электромеханика и электротехнологии, квалификация – инженер, специальность 140601 электромеханика
Регистр. № 000 тех/дс утвержден 27.03.2000 г.
Шифр ГОС ДС.01 – дисциплина специализации
Шифр дисциплины по учебному плану________
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Электромеханика», протокол № от 2006 г.
Программу разработал
Доцент, к. т.н.______________________________ .
Заведующий кафедрой
Проф., д. т.н. ______________________________.
Ответственный за основную
_______________________________
1. Внешние требования
Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» квалификации – инженер по курсу «Электромеханика».
ДС.01.
Содержание курса
Таблица 1
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
ДС.01 | Лекции | 12 |
Практические (семинарские) занятия | - | |
Лабораторные работы | 8 | |
Контрольная работа | 8 семестр | |
Самостоятельная работа | 116 | |
Зачёт | 8 семестр | |
Всего | 136 |
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Таблица 2
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения дисциплины в учебный план направления или специальности | Рабочая программа составлена на основани Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 654500 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» специальности 140«Электромеханика». Регистр. № 000тех/дс утвержден 02.03.2000 г. Шифр ГОС ДС.01 – дисциплина специализации |
Адресат курса | Для направления подготовки дипломированного специалиста 654500 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» специальности 140«Электромеханика» |
Компетенции, которые повысит обучающийся Цели дисциплины | После окончания изучения дисциплины студент познакомится с основными положениями теории моделирования, научится принципам построения математических моделей электрических машин и методам их исследования. После успешного изучения материала дисциплины студент будет уметь: исследовать стационарные и переходные процессы электрических машин с помощью математических моделей. |
Ядро дисциплины (основные блоки, разделы, темы) | Метод моделирования (осмновные понятия и определения). Электромеханическая система. Обобщённый электромеханический преобразователь и его математическая модель. Исследование стационарных и динамических процессов на ЭВМ. Система научных и инженерных расчётов MATLAB как инструмент математического моделирования. |
Связи с другими учебными дисциплинами основной общеобразователь-ной программы | Дисциплина связана с другими дисциплинами подготовки специалиста, используя следующие знания и умения: «Высшая математика» - теория комплексной переменной, методы решения дифференциальных уравнений, матанализ. «Теоретические основы электротехники» – принципы расчета электромагнитных процессов в электромеханических устройствах и преобразователях при определении их качественных свойств и уровня безопасности. «Электрические машины» – знание всех типов электрических машин и трансформаторов, принципа их действия, конструктивных особенностей, методов расчета и проектирования, способов охлаждения и особенностей эксплуатации в различных технических устройствах. |
Требования к первоначальному уровню подготовки обучающихся | Предшествующий уровень образования – успешная аттестация за предыдущие 7 семестров обучения |
Особенности организации учебного процесса по дисциплине | Изучение дисциплины строится на основе сочетания разнообразных форм учебного процесса: лекции, лабораторные занятия; самостоятельная работа студентов. Курс рассчитан на 136 час, из которых на лекции отводится 12 ч., на лабораторные занятия – 8ч., на самостоятельную работу – 116 ч. . Разработано оригинальное программное обеспечение для выполнения лабораторных работ. |
3. Цели учебной дисциплины
После изучения дисциплины студент будет:
Таблица 3
Иметь представление: | |
1 2 3 | О процессе моделирования. О моделях электромеханических преобразователей энергии. О системе Matlab. |
Знать: | |
4 5 6 | Основные этапы процесса моделирования. Принципы построения математических моделей. Основные допущения, принимаемые для построения математических моделей ЭМ. |
Уметь: | |
7 8 9 | Обосновывать упрощающие допущения Анализировать, результаты математического моделирования. Давать физическое толкование теоретическим результатам. |
Владеть: | |
9 10 | Терминами и определениями курса. Методами физического и математического моделирования процессов ЭМ. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Содержание лекционных занятий
Таблица 4
Блок, модуль, раздел, тема | Часы | Ссылки на цели |
Метод моделирования. Основные понятия: оригинал, модель, техническая система, подсистемы, элементы системы и т. д. Виды моделирования. Этапы моделирования. Математическое моделирование. Условия формирования математических моделей. Порядок и основные этапы моделирования: создание математической модели, анализ исходного режима работы, формирование исходных данных, определение параметров влияющих на исследуемый процесс, выбор и обоснование диапазона изменения параметров, расчёт, анализ результатов, выводы | 2 | 1,2,3,4,5,6 |
Электромеханическая система: определение, обобщённая структурная схема, её элементы и их назначение. Обобщённый электромеханический преобразователь энергии (ОЭМП). | 2 | 5,6 |
Мат. модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ). Процесс прямого пуска. Аналитические методы решения. Анализ влияния параметров и характера нагрузки на переходный процесс. Моделирование пуска на ЭВМ средствами MATLAB. Мат. модель двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (ДПТ ПВ). Физический анализ прямого пуска. Моделирование на ЭВМ в среде MATLAB. Сравнение с пуском ДПТ НВ. Мат. модель двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Пуск двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Особенности пуска двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. | 6 | 7,8,9,10 |
Математическая модель асинхронного двигателя. Введение системы относительных единиц и представление уравнений в относительной форме. Преобразование уравнений для численного моделирования на ЭВМ. Алгоритм численного моделирования на примере режима пуска. Анализ результатов моделирования | 2 | 7,8,9,10 |
Содержание лабораторных занятий
Таблица 6
Темы лабораторных занятий. | Учебная деятельность: перечень лабораторных работ | Часы | Ссылки на цели |
1.Пуск двигателя постоянного тока. | Работа №1. Пуск двигателя независимого возбуждения. | 4 | 7,8,9,10 |
Работа №2Пуск двигателя постоянного тока паралельного возбуждения. | 4 | 7,8,9,10 |
5. Учебная деятельность
Учебная деятельность студентов предполагает выполнение контрольной работы, лабораторных работ, подготовку отчётов по лабораторным работами, посещение лекций и самостоятельную работу.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
В течение семестра студенты должны: выполнить и защитить контрольную работу, выполнить лабораторные работы и защитить отчёты по лабораторным работам. Итоговая аттестация проводится в виде письменного зачёта.
Аттестационные билеты включают 2 вопроса из списка раздела 8.
Список литературыОсновной список
1. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. Пособие для вузов / , , ; Под ред. – М.: Высш. шк.,2001.-512 с.: ил.
2. Жуловян преобразование энергии: Изд-во НГТУ, 2005.-452с..
3. и др. Электрические машины (спец. курс).- М.: Высшая школа, 198с.: ил.
4. Электрические машины. Рабочие программы и контрольные работы;сост. , , /НЭТИ.-Новосибирск,1990.
5. Вольдек машины. Уч. Для вузов. Л., «Энергия», 1974.
6. Копылов моделирование электрических машин: Учеб. Для вузов по спец. «Электрические машины».- М.: Высш. Шк., 198с.: ил.
Дополнительный список
7. , Переходные процессы в машинах переменного тока.- М.-Л.: ГЭИ, 1963.-774 с.
6.Постников теория и переходные процессы в электрических машинах.- М.: .: Высшая школа, 197с. с.
7.Веников подобия и моделирования Горев процессы синхронной машины.-Л.: Наука, 1985.–502 с.
8.Моделирование переходных процессов в электрических машинах в системе MATLAB; сост. , / НГТУ.– Новосибирск, 2000.
9.Инструментальные средства моделирования динамических режимов электрических машин; сост. , , и др. / НГТУ. - Новосибирск,2003.
10. Дипломные и курсовые проекты (работы): объём, содержание, оформление; сост. , /НГТУ - Новосибирск, 2004
11. Г., Рудаков Matlab 5 для студентов. – М.: ДИАЛОГ –МИФИ,1999.
.
Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине1. Введение в моделирование.
1.1. Метод моделирования. Понятия оригинала и модели.
1.2. Разновидности моделей. Условие существования модели. Математическая модель.
1.3. Роль подобия в процессе моделирования. Виды подобия: абсолютное, практическое, приближенное (полное, неполное).
1.4. Порядок и основные этапы моделирования задач электромеханики на ЭВМ. Создание и описание математической модели, анализ исходного установившегося режима работы и формирование начальных условий, разработка программы расчета, определение параметров, влияющих на исследуемый процесс, и обоснование диапазона их изменения, расчет, анализ результатов.
2. Моделирование процессов в электрических машинах постоянного тока.
2.1. Основные элементы конструкции машин постоянного тока и их назначение. Характеристики электрических машин постоянного тока (ЭМПТ) в двигательном и генераторном режимах работы.
2.2. Обобщённая модель машины постоянного тока (модель Крона) и её дифференциальные уравнения.
2.3. С. - вращения и Э. Д.С. – трансформации.
2.4. Электромагнитная мощность и момент. Уравнение движения ЭМПТ.
2.5. Задав положительные направления потокосцеплений и токов якоря, определить направления э. д.с. и составляющих электромагнитного момента. Установить соответствие с режимом работы (двигательным, генераторным).
2.6. Преобразование уравнений обобщённой модели ЭМПТ к нормальной форме (форме Коши).
2.7. Краткое описание переходных процессов в машинах постоянного тока. Основные задачи и методы их решения.
2.9. Переход от обобщённой модели к модели двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) и её преобразование к нормальной форме.
2.10. Прямой пуск ДПТ НВ. Математическая модель. Методы исследования.
2.11. Решение прямого пуска ДПТ НВ операторным методом.
2.12. Понятие электромагнитной и электромеханической постоянных времени. Влияние электромагнитной и электромеханической постоянных на характер переходного процесса.
2.13. Объяснить осциллограммы тока и скорости ДПТ НВ при пуске. Указать характерные точки и условия их определения.
2.14. Аналитическое определение времени трогания ДПТ НВ.
2.15. Определить закон изменения электромагнитного момента в процессе пуска ДПТ НВ.
2.16. Определить закон изменения ЭДС - вращения во время пуска ДПТ НВ.
2.17. Прямой пуск ДПТ параллельного возбуждения. Математическая модель.
2.18. Осциллограммы пуска ДПТ параллельного возбуждения и их отличие от ДПТ НВ.
2.19. Объяснить соотношение между временем трогания ДПТ НВ и ДПТ ПВ при пуске с нагрузкой типа “сухое трение”.
2.20. Определить закон изменения электромагнитного момента до момента трогания ДПТ ПВ.
2.21. Определение времени трогания ДПТ параллельного возбуждения.
2.22. Определить закон изменения ЭДС - вращения во время пуска ДПТ ПВ.
2.23. Особенности пуска двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
2.24. Математическая модель пуска двигателя последовательного возбуждения.
3. Переходные процессы в машинах переменного тока.
3.1 Какие системы координат используют для исследования переходных процессов электрических машин и чем руководствуются при их выборе?
3.2 Что такое изображающий вектор: тока, напряжения и потокосцепления и как он связан с мгновенными значениями соответствующих величин?
3.3 Записать и объяснить уравнения электрической машины в векторной форме.
3.4 Получить уравнения электрического равновесия асинхронной машины в осях 
.
3.5 Электромагнитная мощность и электромагнитный момент асинхронной машины в осях .
3.6 Изобразить и прокоментировать расчётную схему асинхронной машины в осях (
,
)
3.7 Система базовых величин и преобразование уравнений асинхронной машины к относительным единицам.
3.8 Описать алгоритм моделирования прямого пуска асинхронной машины на ЭВМ.
3.9 Объяснить осциллограммы основных величин в процессе прямого пуска асинхронной машины (по указания преподавателя)
Пример билета
1. Роль подобия в процессе моделирования. Виды подобия: абсолютное, практическое, приближенное (полное, неполное).
2. Переход от обобщённой модели к модели двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) и её преобразование к нормальной форме.
3. Объяснить осциллограммы основных величин в процессе прямого пуска асинхронной машины (по указания преподавателя)
