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
«ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ»
Направление подготовки: 140404 Электроэнергетика и электротехника
Профиль подготовки: Электропривод и автоматика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: профессор каф. ЭЭЭ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Основной задачей изучения дисциплины «Основы электротехнологии» является формирование у студентов знаний в области электротермомеханического преобразования энергии в твердых, жидких и газообразных средах, электропреобразовательной техники, автоматического управления и электроснабжения электротехнологических установок и систем, ознакомление с методами анализа электротехнологических процессов, особенностями взаимодействия электромагнитного поля с веществом в широком частотном и динамическом диапазоне воздействий.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУТУРЕ 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».
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоение дисциплины «Основы электротехнологии» студент должен:
· знать физические основы взаимодействия энергоносителя с веществом, влияние интенсивности воздействия на технологический эффект, ступени энергетического потока преобразования электрической энергии, принципы работы и основные характеристики преобразователей, общие принципы рационального использования энергии, влияние мощных электротехнологических установок на качество электрической энергии;
· уметь на базе моделей преобразования энергии на различных уровнях энергетического потока определить требования к режиму преобразователя и оценить КПД, выбрать силовое и преобразовательное оборудование электротехнологической установки;
· иметь представление об основных научно-технических проблемах и перспективах развития электротехнологии, принципах построения систем автоматического управления электротехнологическими установками.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
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 демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
способность формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7);
способность использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-11);
готовность обосновывать принятие конкретного технического решения при создании электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-14);
готовность разрабатывать технологические узлы электроэнергетического оборудования (ПК-17);
способность использовать правила техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и нормы охраны труда (ПК-22);
готовность определять и обеспечивать эффективные режимы технологического процесса по заданной методике (ПК-23);
способность контролировать режимы работы оборудования объектов электроэнергетики (ПК-24);
готовность участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38).
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет _______2____ зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
5 | 6 | 7 | |||
Аудиторные занятия (всего) | 51 | 51 | |||
В том числе: | |||||
Лекции | 34 | 34 | |||
Практические занятия (ПЗ) | |||||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | |||
Самостоятельная работа (всего) | 21 | 21 | |||
В том числе: | - | - | - | - | |
Курсовой проект (работа) | |||||
Расчетно-графические работы | 21 | 21 | |||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | |||||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | ЗАЧ | ||||
Общая трудоемкость час зач. ед. | 72 | ||||
2 |
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№ пп. | Раздел дисциплины | Лекции, час. | ЛР, час. |
1. | Резистивный нагрев | 8 | 4 |
2. | Индукционный и диэлектрический нагрев | 6 | 4 |
3. | Нагрев энергией дугового разряда | 12 | 6 |
4. | Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов | 8 | 3 |
5.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. Резистивный нагрев. Физические основы электротехнологии. Типы преобразователей электрической энергии в электротехнологических установках (ЭТУ). Принципы построения ЭТУ, энергетические потоки и способы снижения потерь энергии. Электрический и тепловой КПД. Способы передачи тепловой энергии. Уравнение теплопроводности с внутренними источниками тепла. Граничные условия. Критерии Био и Фурье. Прямой резистивный нагрев. Электрический скин-эффект. Влияние мощности установки и температурной зависимости параметров материала на характеристики нагрева. Принципиальные схемы, электрооборудование. Принцип накопления энергии маломощного источника. Особенности электрического взрывания. Косвенный нагрев. Баланс подведенной и излученной энергии. Выбор нагревательных элементов. Схемы питания. Технология тепловой обработки и оценка теплового КПД. Датчики температуры, способы и схемы регулирования температуры. Фазовое и широтно-импульсное регулирование мощности печей. Коэффициент мощности при несинусоидальном токе. Электрооборудование. Средства низкотемпературного нагрева.
Раздел 2. Индукционный и диэлектрический нагрев. Магнитный скин-эффект. Влияние параметров поля и среды на распределение тепловых источников в материале. Условие поверхностного нагрева. Энергетические потоки в системе индуктор-обрабатываемый материал. Выбор частоты в зависимости от свойств и геометрии материала. Входное сопротивление индуктора. Компенсация фазового сдвига. КПД индуктора. Характеристики источников питания (сетевых, электромашинных, тиристорных, ламповых). Область применения установок нагрева. Схема канальной печи. Магнитогидродинамические эффекты. Тигельные печи. Особенности электроснабжения. Схема Штейнметца. Трансформаторно-тиристорные преобразователи для симметрирования напряжения и компенсации реактивной мощности. Диэлектрический нагрев. Релаксационные потери. Мощность объемных тепловых источников. Особенности нагрева неоднородных диэлектриков. Влияние параметров рабочей камеры на режим автогенератора. Микроволновый нагрев. Принцип работы и характеристики магнетронов. Волноводно-резонаторные камеры нагрева. Области применения.
Раздел 3. Нагрев энергией дугового разряда. Вольтамперные характеристики, формы самостоятельного разряда и их использование в ЭТУ. Физические процессы и основные законы дуги. Внешние характеристики источника и способы регулирования режима. Параметрический источник тока на базе индуктивно-емкостных преобразователей с управляемым выпрямителем. Особенности дуги переменного тока. Электродинамические явления. Электродуговые и рудничные печи. Особенности печных трансформаторов. Перетоки энергии в коротких сетях. Электромагнитное перемешивание. Тиристорный преобразователь инфранизких частот. Влияние печей на качество энергии: асимметрия напряжения, высшие гармоники, модуляция напряжения. Особенности вакуумных дуговых печей. Электроплазменные установки. Горячая и низкотемпературная плазма. Уравнение баланса энергии и передаточная функция плазмотрона. Управляемая система электропитания. Области применения. Электронно-лучевой нагрев. Физические процессы в катоде и на поверхности материала. Электрооборудование установок лазерного нагрева. Генератор импульсов на базе схемы Бушеро. Физико-технические основы сварки. Требования к внешним характеристикам источника в зависимости от технологии сварки. Системы с саморегулированием и принудительным регулированием по напряжению. Особенности, магнитные цепи сварочных трансформаторов. Источники питания для сварки постоянным током. Тиристорные выпрямители с обратной связью по напряжению и току. Сварочные генераторы постоянного тока. Способы получения внешней характеристики требуемой формы. Источники питания и коммутирующая аппаратура для контактной сварки.
Раздел 4. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. Принципы, схема и область применения размерного формообразования. Параметры и основные соотношения для силовых импульсов различных форм. Методы генерирования. Физика электроэрозионной обработки материалов. Релаксационные генераторы импульсов, электромашинные и тиристорные генераторы. Электрохимическая обработка. Источники питания непрерывных и импульсных установок. Электрооборудование установок для комбинированной электрофизикохимической обработки. Физические основы электрогидравлической технологии. Схемы разрядных контуров установок. Магнито-импульсная обработка материалов. Электродинамические силы. Деформирование материалов. Импульсный электропривод. Разрядные цепи установок. Электро-ионная технология. Электрофильтры, нанесение порошковых покрытий, сепарация. Источники питания. Электролиз расплавов и растворов. Особенности выпрямительных схем. Электрооборудование.
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ раздела дисциплины | Наименования лабораторных работ |
1. | Конденсаторный накопитель энергии для электрического взрывания; фазовое и широтно-импульсное регулирование мощности нагревательных установок |
2. | Симметрирование трехфазной сети, питающей однофазный приемник; компенсация фазового сдвига индуктора |
3. | Параметрический источник тока; импульсный источник на базе индуктивно-емкостного преобразователя напряжения - ток (схема Бушеро); формирование внешней характеристики источника питания дуги |
4. | Релаксационный генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов |
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Виноградов дуговая сварка. Из-во: Академия. 2012.
2. Чернышов теории сварки и термической резки металлов. Из-во: Академия. 2012.
3. Овчинников ручной дуговой и плазменной сварки и резки металлов. Из-во: Академия. 2012.
Дополнительная
4. , Электрометалургия стали. СПб: СПбГТУ, 1999.
5. Трансформаторы для электрической контактной сварки. Л.: Энергоатом издат, 1990.
6. Плазменные электротехнологические установки. Под ред. Чередниченко : Изд. НГТУ, 2005.
7. Электротермическое оборудование. Справочник. М.: Энергия, 1990.
8. Шонин О. Б. Основы электромагнитного разупрочнения горных пород. СПб: Изд. СПГГИ, 1998.
9. , Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. Екатеринбург: АСВ, 2005.
10. Курбатов Н. А., Аринчин С. А.. Численный расчет электромагнитных полей. М.: Энергоатомиздат, 1984.
7.2. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
При освоении дисциплины предполагается использовать пакет прикладных программ Electronics workbench, Mathlab, Mathcad.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Занятия проводятся в специализированной лаборатории по электротехнологиям, лаборатории электрических цепей и машин, компьютерном классе.
