___________________ Руководитель ООП по направлению 140404 зав. каф. ЭЭЭ проф. | _______________________ Зав. кафедрой ЭЭЭ проф. |
ПРОГРАММА учебной дисциплинЫ
«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»
Направление подготовки: 140404 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:
Целью дисциплины является ознакомление студентов с электромеханическими процессами, протекающими в электроприводах различного назначения, формирование у студентов знаний по вопросам теории построения автоматизированных электроприводов, по вопросам оптимизации электромеханических процессов, протекающих в электроприводах, а также приобретение практических навыков, необходимых для анализа и синтеза систем управления автоматизированными электроприводами.
Основная задача дисциплины – дать будущему специалисту знания о физических явлениях, присущих электроприводу как техническому устройству в терминах и понятиях электромеханики с одной стороны, и абстрактного обоснования тех же явлений в адекватных математических моделях электропривода как объекта управления в терминах и понятиях теории автоматического управления с другой стороны.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 учебного плана подготовки бакалавров по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Изучение дисциплины базируется на полученных ранее знаниях по основным физическим явлениям и законам механики, физики, теплотехники и их математическому описанию, теоретическим основам электротехники, основным понятиям и законам электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей, основам теории систем автоматического управления, а также теории электрических машин.
Предшествующими данной дисциплине являются следующие дисциплины: «Электрические машины», «Силовая электроника», «Электрический привод».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способности к восприятию информации, ее анализу и обобщению;
-способности и готовности владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, использования компьютера как средство работы с информацией;
- готовности к кооперации с коллегами, работе в коллективе;
- готовности к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции;
- способности демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовности использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
- способности использовать информационные технологии, в том числе современные средства компьютерной графики, в своей предметной области;
- готовности и способности анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований;
- способности выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов;
- способности понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде;
- способности разрабатывать простые конструкции электротехнических объектов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
-функциональные схемы механической части электропривода, математическое описание процессов, протекающих в них;
-характер протекания тепловых процессов нагрева и охлаждения исполнительных двигателей в различных режимах их работы;
-физические процессы, протекающие в обобщенной электрической машине и их математическое описание;
-механические характеристики исполнительных двигателей как объектов управления;
-типовые схемы построения электроприводов;
-способы синтеза систем электроприводов как замкнутых систем автоматического регулирования.
Уметь:
-уметь представлять электромеханическую систему в виде структурной схемы электропривода;
-выполнять расчеты механической части электропривода;
-производить фазные и координатные преобразования переменных и осуществлять регулирование выходных координат электропривода;
-производить расчеты переходных процессов, протекающих в динамических режимах работы электропривода
-производить расчеты потерь мощности в статических и динамических режимах работы электропривода
Владеть:
-методами компьютерных технологий, используемых при расчете и исследовании электромеханических процессов, протекающих в электроприводе;
- навыками обработки и анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет __6_________ зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
Аудиторные занятия (всего) | 122 | 7 | 8 | ||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Лекции | 52 | 6 | |||
Практические занятия (ПЗ) | 35 | 7 | |||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 35 | 7 | 8 | ||
Самостоятельная работа (всего) | |||||
В том числе: | - | - | - | - | - |
Курсовой проект (работа) | |||||
Расчетно-графические работы | |||||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | |||||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | Зач. | Экз. | |||
Общая трудоемкость 216 час 6 зач. ед. | |||||
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Механика электропривода | Понятие механической части электропривода. Звенья механической части. Понятие статического момента нагрузки и момента инерции. Приведение статического момента нагрузки, момента инерции и моментов диссипативных сил к валу двигателя. Уравнение движения. Использование уравнения движения для определения длительности протекания переходных процессов. Многомассовые механически части. Функциональные схемы механических частей. Динамические модели механической части. Механическая часть как объект управления. |
2. | Энергетика эдектропривода и расчет требуемой мошности исполнительного двигателя | Тепловые процессы, протекающие в электрической машине. Тепловая модель электрической машины. Режимы работы электропривода и нагрузочные диаграммы. Расчеты требуемой мощности исполнительного двигателя методом средних потерь и методом эквивалентных величин. Расчет требуемой мощности исполнительного двигателя, работающего в кратковременном и повторно –кратковременных режимах. Выбор мощности для электропривода с пиковой нагрузкой. выбор мощности двигателя для следящего электропривода. |
…3.. | Механические характеристики двигателей постоянного и переменного тока | Понятие механических характеристик. Естественные и искусственные характеристики. Статическая устойчивость электроприводов. Тормозные режимы работы электроприводов постоянного и переменного токов. Параметрические способы регулирования, используемые в электроприводах постоянного и переменного тока. Электроприводы постоянного тока по схеме Г-Д. Способы построения электроприводов по схеме ТП-Д. Раздельное и совместное управления электроприводами ТП-Д. Частотно –регулируемые электроприводы переменного тока по схеме СПЧ-АД. Закон скалярного управления. Регулируемые электроприводы на основе вентильных двигателей. |
Продолжение таблицы
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
4 | Понятие обобщенной электрической машины. Описание процесса преобразования электрической энергии в механическую | Понятие и схема обобщенной электрической машины. Уравнения, описывающие процесс преобразования электрической энергии в механическую в неподвижных осях. Координатные преобразования. Уравнения, описывающие процесс преобразования электрической энергии в механическую во вращающихся осях. Компьютерные модели обобщенной электрической машины. |
5 | Структурные схемы и компьютерные модели двигателей постоянного и переменного тока | Функциональные схемы электроприводов. Понятие передаточной функции звена функциональной схемы. Понятие структурной схемы электропривода. Структурные схемы и компьютерные модели двигателей постоянного тока. Структурные схемы и компьютерные модели двигателей переменного тока. |
6 | Динамика разомкнутых электроприводов | Понятие разомкнутой электромеханической системы. Электромеханические переходные процессы, протекающие в электроприводах постоянного и переменного тока при пуске, реверсе и остановке. Форсировка протекания переходных процессов. Режимы сброса и наброса нагрузки. Методы расчета переходных процессов с помощью компьютерных моделей. |
7 | Динамика замкнутых электроприводов | Понятие электропривода как замкнутой электромеханической системы. Способы построения замкнутых электроприводов. Понятие обратной связи. Электроприводы с параллельной коррекцией. Электроприводы с последовательной коррекцией. Регуляторы, используемые в электроприводах. Расчеты параметров регуляторов. Ограничение токов и моментов посредством использования задержанных обратных связей и задатчиков интенсивности. Метод векторного управления, используемый в частотно регулируемых электроприводах. Метод прямого управления моментом, используемый в электроприводах переменного тока. Исследование динамических процессов, протекающих в электроприводах с помощью компьютерных моделей. |
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 | 7 | 8 | … | ||
1. | Проектирование систем электроприводов | + | + | + | + | + | + | + | ||
2. | Энергосбережение и энергоэффективность средствами электроприводов | + | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Механика электропривода | 6 | 11 | 17 | |||
2. | Энергетика электропривода и расчет требуемой мощности исполнительного двигателя | 4 | 9 | 5 | 18 | ||
3 | Механические характеристики двигателей постоянного и переменного тока | 8 | 6 | 6 | 20 | ||
4 | Понятие обобщенной электрической машины. Описание процесса преобразования электрической энергии в механическую | 8 | 5 | 13 | |||
5 | Структурные схемы и компьютерные модели двигателей постоянного и переменного тока | 6 | 8 | 14 |
Продолжение таблицы
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
6 | Динамика разомкнутых электроприводов | 10 | 8 | 18 | |||
7 | Динамика замкнутых электроприводов | 10 | 4 | 8 | 22 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 2 | 1 Построение компьютерной модели тепловых процессов, протекающих в электрической машине 2 Исследование тепловых процессов, протекающих в исполнительном двигателе в режимах при его работе в режимах S1, S2 и S3. | 2 3 |
2. | 3 | 1 Исследование механических характеристик двигателей постоянного тока. 2 Исследование механических характеристик асинхронных двигателей переменного тока | 3 3 |
…3 | 5 | 1 Построение компьютерной модели двигателя постоянного тока независимого возбуждения. 2 Построение компьютерной модели асинхронного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором. 3 Построение компьютерной модели синхронного двигателя переменного тока | 2 3 3 |
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
4 | 6 | 1 Исследование переходных процессов, протекающих в двигателе постоянного тока при пуске, реверсе и торможении. 2 Исследование переходных процессов, протекающих в асинхронном двигателе переменного тока при пуске, реверсе и торможении. 3 исследование переходных процессов, протекающих в двигателях постоянного и переменного тока при сбросе и набросе нагрузки | 3 3 2 |
5 | 7 | 1 исследование динамических свойств регуляторов, используемых в системах управления электроприводами 2 Исследование электромеханических процессов, протекающих в электроприводе постоянного тока с подчиненным регулированием. 3 Исследование электромеханических процессов, протекающих в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока с скалярным управлением. 4 Исследование электромеханических процессов, протекающих в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока с векторным управлением. | 2 2 2 2 |
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | 1 Понятие статического момента нагрузки. Примеры расчета статического момента нагрузки. 2 Понятие момента инерции вращающегося тела. Примеры расчета моментов инерции. 3 Приведенные механические части. Примеры расчета статических моментов нагрузки и моментов инерции, приведенных к валу двигателя. 4 Многомассовые механические части. Примеры расчета упругих моментов, действующих в многомассовых механических частях. 5 Уравнение движения. Примеры использования уравнения движения для определения времени пуска и остановки двигателей. | 3 2 2 2 2 |
2. | 2 | 1 Нагрузочные диаграммы. Примеры расчета и построения нагрузочных диаграмм различных механизмов. 2 Метод средних потерь. Пример расчета требуемой мощности двигателя методом средних потерь. 3 Методы эквивалентных величин. Примеры расчета требуемой мощности двигателя методами эквивалентных величин. 4 Режимы работы S1, S2.S3 исполнительных двигателей и примеры определения мощности двигателей при работе в режимах S2б, S3. | 3 2 2 2 |
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
3 | 3 | 1 Расчет величин сопротивлений резисторов, используемых для реостатного пуска двигателя постоянного тока. 2 Расчет величин индуктивности реакторов, используемых для реакторного пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором 3 Расчет величин сопротивлений резисторов, используемых для реакторного пуска асинхронных двигателей с фазным ротором | 2 2 |
4 | 4 | 1 Понятие обобщенной электрической машины. Составление уравнений, описывающих процесс преобразования энергии в обобщенной электрической машине в неподвижных осях. 2 Метод преобразования координат. Составление уравнений, описывающих процесс преобразования энергии в обобщенной электрической машине в осях, вращающихся с произвольной скоростью. 3 Разработка структурных схем обобщенной электрической машины в различных системах координат. | 2 2 1 |
5 | 7 | 1 Примеры расчетов параметров регуляторов в двухконтурной системе электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием. 2 Примеры расчетов параметров регуляторов в двухконтурной системе электропривода переменного тока с подчиненным регулированием. | 2 2 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Разработка курсового проекта по настоящей дисциплине не предусматривается
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература 1 A., Сабинин электропривода. СПб. «Энергоиздат», 2с.
2 Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов-М: Издательский центр «Академия», с.
3 Усынин управления электроприводами –Челябинск, Изд-во «ЮУрГУ», с.
4 Единая система констукторской документации. Основные положения.-М:Государственный комитет СССР по стандартам, 1983
б) дополнительная литература 1 , , Дартау электроприводы с векторным управлением. Л.:Энергоатомиздат, 1987.
2 Ключев электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985.
Пакет прикладных программ «MATLAB-SIMULING» версия не ниже 6.5
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
При изучении студентами настоящего курса предполагается использовать испытательные стенды с электрооборудованием, а также учебный компьютерный класс, оборудованный персональными компьютерами, на которых установлены пакеты прикладных программ «MATLAB-SIMULING», позволяющие проводить компьютерные исследования, электромеханических процессов, протекающих в статических и динамических режимах работы электроприводов.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Образовательные технологии
Лабораторные занятия проводятся в специализированной лаборатории кафедры электротехники и электромеханики университета. На компьютерах должно быть установлено программное обеспечение, необходимое для изучения соответствующих частей 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. При этом даются ссылки на материалы, которые могут помочь студенту при самостоятельной работе (сайты, электронные программы и т. п.)
Разработчик:
кафедра ЭЭЭ доцент
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Заведующий кафедрой ЭЭЭ профессор
