Рабочая программа учебной дисциплины электрический привод

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ЭНИН

_____________

«___»________________2011 г.

Рабочая программа учебной дисциплины

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 140400 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: «Электроснабжение»

СТЕПЕНЬ: Бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 4; СЕМЕСТР 8;

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 4

КОРЕКВИЗИТЫ: «Системы автоматического управления электроэнергетическими объектами предприятий»

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

ЛЕКЦИИ	24 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	18 часов (ауд.)
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ	18 часов (ауд.)
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ	60 часов
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА	60 часов
ИТОГО	120 часов

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЗАЧЕТ

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ: каф. «Электропривода и электрооборудования»

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: к. т.н., доцент

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП: к. т.н., доцент

ПРЕПОДАВАТЕЛИ: к. т.н., доцент

2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

Основными целями дисциплины являются: Формирование у обучающихся знаний общих физических закономерностей электропривода, особенностей взаимодействия электромеханических систем, умений построения математических моделей, проведения расчётов и анализа процессов в статике и динамике электромеханических систем, а также умений по расчету и анализу параметров, определяющих работу электропривода.

В результате освоения данной дисциплины обеспечивается достижение целей Ц1, Ц3 и Ц5 основной образовательной программы «Электроэнергетика и электротехника»; приобретенные знания, умения и навыки позволят подготовить выпускника:

– к проектно-конструкторской деятельности, способного к расчету, анализу и проектированию, объектов и систем с использованием современных средств автоматизации проектирования (Ц1);

– к научно-исследовательской деятельности, в том числе в междисциплинарных областях, связанной с математическим моделированием процессов и объектов, проведением экспериментальных исследований и анализом их результатов (Ц3);

– к самостоятельному обучению и освоению новых знаний и умений для полной реализации своей профессиональной карьеры (Ц5).

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» вариативной части модуля «Электроэнергетика»; профиль – «Электроснабжение промышленных предприятий».

Указанная дисциплина является одной из важнейших для указанного профиля; имеет как самостоятельное значение, так и является базой для решения задач по автоматизации управления электроэнергетическими объектами предприятий

Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:

знать:

терминологию, основные понятия и определения; методы решения дифференциальных уравнений, законы электротехники, конструкцию и принципы работы электрических машин и аппаратов, принцип действия электронных приборов;

уметь:

анализировать и описать физические процессы, протекающие в электрических машинах; выбирать элементы силовых схем управления электроприводом; оформлять результаты расчёта и анализа электромеханических систем в соответствии с требованиями ЕСКД;

иметь опыт:

расчета токов и напряжений для простейших электрических схем; цифрового моделирования и анализа электромеханических процессов, экспериментального исследования характеристик и режимов работы электрических машин; построения простейших схем управления на базе электрических аппаратов.

Кореквизитами данной дисциплины являются: «Системы автоматического управления электроэнергетическими объектами предприятий».

3. Результаты освоения дисциплины

Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им ориентироваться в методах исследования современных систем электроприводов; принципах проектирования современных систем автоматизированных электроприводов; описывать физические процессы и принципы управления и регулирования координат электроприводов постоянного и переменного тока.

Уровень освоения дисциплины должен позволять бакалаврам с использованием технической литературы и прикладных программ решать типовые задачи расчета основных параметров электрических машин, статических и динамических характеристик.

В соответствии с поставленными целями после изучения дисциплины «электрический привод» бакалавры приобретают знания, умения и опыт, которые определяют результаты обучения согласно содержанию основной образовательной программы: Р2, Р3, Р6, Р7, Р8, Р9, Р12,Р13*. Соответствие знаний, умений и опыта указанным результатам представлено в таблице № 1.

Таблице № 1

Декомпозиция результатов обучения

Формируемые компетенции в соответствии с ООП*	Результаты освоения дисциплины
З.2.1 З.3.2; З.7.4; З.8.3; З.9.2; З.12.2 З.13.1	В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать: – основные методы, способы и средства получения, хранения и переработки информации – современные тенденции развития технического прогресса; – методы математического и физического моделирования режимов, процессов, состояний объектов электроэнергетики и электротехники; – виды электрических машин и их основные характеристики; эксплуатационные требования к различным видам электрических машин; – теоретические основы передачи и преобразования электроэнергии статическими и электромеханическими устройствами; – основные методы экспериментальных исследований в электроэнергетике и электротехнике; – инструментарий для решения задач проектного и исследовательского характера в сфере профессиональной деятельности по электроэнергетике; - терминологию, основные понятия и определения;
У.2.1; У.6.1 У.7.1; У.8.2 У.8.3; У.12.1; У.12.2. У.13.1	В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь: – применять компьютерную технику и информационные технологии в своей профессиональной деятельности; – четко излагать и защищать результаты профессиональной деятельности; – применять методы математического анализа при проведении научных исследований и решении прикладных задач в профессиональной сфере; – применять компьютерную и информационные технологии в своей профессиональной деятельности; – использовать методы анализа, моделирования и расчетов режимов сложных систем, изделий, устройств и установок электроэнергетического и электротехнического назначения с использованием современных компьютерных технологий и специализированных программ; – проводить эксперименты по заданным методикам с последующей обработкой и анализом результатов в области электроэнергетики и электротехники; – планировать эксперименты для решения определенной задачи профессиональной деятельности; – использовать базовые методы исследовательской деятельности на основе систематического изучения отечественной и зарубежной научно - технической информации; - оформлять результаты расчёта и анализа в соответствии с требованиями ЕСКД.
В.2.1 В.3.1; В.3.2; В.6.1; В.8.1; В.8.3; В.8.4; В.8.5. В.12.1 В.12.2	В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть опытом: – использования современных технических средства и информационных технологий в профессиональной области; – использования основных методов организации самостоятельного обучения и самоконтроля; – приобретения необходимой информации с целью повышения квалификации и расширения профессионального кругозора; – аргументированного письменного изложения собственной точки зрения; навыками публичной речи, аргументации, ведения дискуссии и полемики, практического анализа, логики различного рода рассуждений; навыками критического восприятия информации; – применения методов расчета переходных и установившихся процессов в линейных и нелинейных электрических цепях; – анализа режимов работы электроэнергетического и электротехнического оборудования и систем; – расчета параметров электроэнергетических и электротехнических устройств и электроустановок, электроэнергетических сетей и систем, систем электроснабжения; – использования прикладных программ и средствами автоматизированного проектирования при решении инженерных задач электроэнергетики и электротехники; – работы с приборами и установками для экспериментальных исследований; – экспериментальных исследований режимов работы технических устройств и объектов электроэнергетики и электротехники; математической обработки результатов и представления отчета, заключения; - представления результатов расчёта в удобной для восприятия форме.

*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

Курсивом отмечены уникальные знания, умения и опыт, соответствующие данной дисциплине

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Структура дисциплины по разделам, формам организации и

контроля обучения

Таблица № 2

Название разделов	Аудиторная работа (час.)	СРС (час.)	Итого (час.)	Формы текущего контроля и аттестации
Лекц.	Практич. занятия	Лаб. зан.
1. Основные понятия и определения в электроприводе	2		ЛБ №1, Час. 2	2	6	Устный опрос
2. Механика электропривода	2	Тема № 1 Час. 2		12	14	Устный опрос Отчет по ЛБ
3. Физические процессы и регулирование координат в электроприводе с двигателями постоянного тока	6	Тема № 2 Час. 4	ЛБ № 2, Час. 4	16	30	Устный опрос
4. Физические процессы и регулирование координат в электроприводах с двигателями переменного тока	6	Тема № 3 Час. 6	ЛБ № 3 Час. 4	10	30	Отчеты по ЛБ; Устный опрос;
5. Регулирование координат и формирование характеристик электропривода в системах «Преобразователь – двигатель»	4	Тема № 4 Час 4	ЛБ № 4 Час. 4	10	22	Устный опрос
6. Переходные режимы (динамика) в электроприводах	4	Тема № 5 Час 2	ЛБ № 5 Час. 4	10	18	Устный опрос
7. Промежуточная аттестация						Зачет
Всего по формам обучения	24	18	18	60	120

При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.

4.2  Содержание разделов дисциплины

1. Основные понятия и определения (2 час.)

1.1 Определение понятия «электропривод». Назначение электропривода как средства обеспечения современных технологических процессов. Электропривод как система.

Функциональная схема электропривода, силовой и информационный каналы. Общие требования к электроприводу. Краткие сведения из истории развития электропривода. Современный автоматизированный электропривод и тенденции его развития. [1]: Гл. 1, [2]: Гл. 1.

2. Механика электропривода (2 ч.)

2.1 Уравнения механического движения. Расчетные схемы механической части электропривода. Статические и динамические характеристики. Механические характеристики.

Приведение моментов, сил, масс, жесткостей. Установившееся движение электропривода. Устойчивость механического движения. Оптимизация передаточного числа редуктора. [1]: Гл. 2; [2] Гл. 2

Практические занятия

Тема № 1

Приведение вращающихся масс и моментов инерции к одной оси вращения

Лабораторная работа 1.

Статические характеристики и режимы работы электропривода с электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения (2 часа)

3. Физические процессы и регулирование координат в электроприводе с двигателями постоянного тока (6 ч.)

Физические процессы, параметры, режимы работы в электроприводах постоянного тока независимого возбуждения.

Естественные и искусственные статические и динамические характеристики электроприводов в разомкнутых системах. Регулирование координат ДПТ независимого возбуждения. Торможение ДПТ независимого возбуждения.

Физические процессы, параметры, режимы работы в электроприводах с ДПТ последовательного возбуждения. Регулирование координат ДПТ последовательного возбуждения. Торможение ДПТ последовательного возбуждения. Особенности электроприводов с двигателями последовательного возбуждения. [1]: Гл. 3; [2, 4] Гл. 3.

Практические занятия

Тема № 2

Расчет электромеханических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения для различных способов регулирования скорости.

Лабораторная работа 2.

Статические характеристики и режимы работы электропривода с электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения (4 часа)

Раздел 4. Физические процессы и регулирование координат в электроприводах с в электроприводах с двигателями переменного тока (6 ч.)

Физические процессы, параметры, схема замещения, режимы работы асинхронных машин. Естественные и искусственные статические характеристики. Расчет механических характеристик асинхронного двигателя (АД). Способы торможения асинхронных двигателей.

Регулирование скорости АД резисторами в цепях ротора и статора, изменением напряжения, числа пар полюсов.

Принципы управления координатами асинхронного короткозамкнутого двигателя в разомкнутой структуре при изменении частоты питающего напряжения.

Физические процессы, параметры, режимы работы синхронных машин. Естественные и искусственные механические характеристики. Пуск, синхронизация и регулирование скорости синхронных двигателей. Автоматическое регулирование возбуждения. [2]: Гл. 5; [2] Гл. 5.

Практические занятия

Тема № 3

Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по паспортным данным

Лабораторная работа 3.

Статические характеристики и режимы работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором (4 часа)

Раздел 5. Регулирование координат и формирование характеристик электропривода в системах «Преобразователь – двигатель» (4 ч.)

Механические и электромеханические характеристики ДПТ независимого возбуждения при питании от тиристорного преобразователя напряжения. Управляемые выпрямители – нулевые и мостовые схемы, параметры, характеристики и режимы при работе на якорную цепь ДПТ. Формирование статических характеристик электропривода в замкнутой системе преобразователь-двигатель с обратными связями по скорости, напряжению и току.

Импульсный способ регулирования координат ДПТ: импульсное регулирование сопротивление в цепи якоря, магнитного потока и напряжения на якоре. Принципы работы импульсных преобразователей.

Регулирование координат электропривода в системе преобразователь напряжения - двигатель. Простые схемы управления. Регулирование координат электропривода в системе преобразователь частоты - двигатель. Принципы работы преобразователей частоты без звена постоянного тока и с промежуточным звеном постоянного тока. [1]: Гл. 4; [2]: Гл. 4

Практические занятия

Темы № 4, 5

Расчет электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости и различных характерах нагрузки на его валу.

Лабораторная работа №4

Статические характеристики и режимы работы электропривода системы «тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока независимого возбуждения» (4 часа)

Раздел 6. Переходные режимы в электроприводах (2 час.)

Общая характеристика и классификация переходных режимов. Переходные режимы в электроприводах с двигателями постоянного тока. Электромеханическая постоянная времени. Особенности механических переходных режимов в электроприводах с асинхронными двигателями.

Переходные процессы в асинхронном электроприводе и их формирование. Особенности переходных процессов в синхронном электроприводе. [1]: Гл. 6.

4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения в соответствии с основной образовательной программой, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3, приведено в табл. № 3.

Таблица № 3

№	Формируемые компетенции	Разделы дисциплины
1	2	3	4	5	6
1.	З.3.2	х
2.	З.7.4		х	х	х	х
3.	З.8.4			х	x		x
4.	З.13.1	x	х	x	х	х
5.	У.2.1		x	x	x

Продолжение Таблицы № 3

№	Формируемые компетенции	Разделы дисциплины
1	2	3	4	5	6
6.	З.3.2	х
7.	З.7.4		х	х	х	х
8.	З.8.4			х	x		x
9.	З.13.1	x	х	x	х	х
10.	У.2.1		x	x	x
11.	У.7.1		x	x	х	х
12.	У.8.3				х	х
13.	У.12.1		x	x	x	x
14.	У.12.2		x	x	x	x	x
15.	В.3.1		x	x			x
16.	В.3.2		х	х	х	х	х
17.	В.6.1		x	x			х
18.	В.8.1		x	x	x	x
19.	В.8.3		x	x	x	x
20.	В.8.4		x	x	x		x
21.	В.8.5			x	x	x

5. Образовательные технологии

В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:

опережающая самостоятельная работа, методы IT , междисциплинарное обучение, проблемное обучение, обучение на основе опыта, исследовательский метод.

Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, практические и семинарские занятия, лабораторные работы, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации,

Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в матрице (табл. 4).

Таблица 4.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

Методы и формы активизации деятельности	. Виды учебной деятельности
ЛК.	ПР, семинар	ЛБ	СРС	КП
Опережающая самостоятельная работа		x	x
Методы IT			x	x	x
Междисциплинарное обучение	x	x	x		x
Проблемное обучение			x		x
Обучение на основе опыта	x	x	x		x
Исследовательский метод			x	x	x

Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:

-  изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;

-  самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;

-  закрепление теоретического материала на практических занятиях, при проведении лабораторных работ с использованием учебного, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.

6. Организация и учебно – методическое обеспечение СР студентов

Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения. Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно – ориентированная.

6.1. Текущая самостоятельная работа, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений включает:

– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию;

– опережающую самостоятельную работу;

– выполнение домашних заданий;

– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;

– подготовку к лабораторным работам, к практическим занятиям;

– подготовку к контрольным работам, зачету, экзамену;

6.2. Творческая проблемно – ориентированная самостоятельная работа (ТСР) предусматривает:

– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях и олимпиадах;

– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;

– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.

6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

6.3.1. С целью развития творческих навыков у студентов при изучении настоящей дисциплины определен примерный перечень тем научно– исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана (выдаются наиболее одаренным студентам ):

– перспективы развития систем электроприводов переменного тока;

– модернизация существующих систем электроприводов постоянного и переменного тока;

– перспективы развития элементной базы систем управления электроприводами.

6.3.2. Темы индивидуальных заданий для реферативных работ:

– роль научных трудов в исследованиях вопросов электромеханических переходных процессов в асинхронных электроприводах;

– автоматическое управление при пуске, реверсе и торможении двигателей постоянного тока;

– автоматическое управление при пуске, реверсе и торможении асинхронных двигателей;

– переходные процессы в асинхронных электроприводах;

– переходные процессы в синхронных электроприводах;

– асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания.

6.3.3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

– современное состояние электромашинного парка;

– современные системы электроприводов;

– формирование статических характеристик электропривода в замкнутой системе преобразователь-двигатель;

– особенности двигателей смешанного возбуждения.

6.4. Контроль самостоятельной работы студентов

Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных модулей дисциплины осуществляется посредством:

– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;

– защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям;

– результатов ответов на контрольные вопросы (контрольные вопросы имеются в электронной форме и в распечатанном виде);

– опроса студентов на практических занятиях;

Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг – планом, предусматривающим все виды учебной деятельности.

6.5. Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированными источниками, приведенными в разделе 9. «Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины» и Internet-ресурсами.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

(фонд оценочных средств)

Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных модулей разработаны и используются следующие средства:

– список контрольных вопросов по отдельным темам и разделам (приведен в «Приложении»);

– тесты для контроля знаний по теоретическим разделам дисциплины;

– перечень тем научно– исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (представлены в п. 6.3);

– комплект задач для закрепления теоретического материала;

– методические указания к лабораторным работам и отчеты по результатам их выполнения;

7.1. Требования к содержанию зачетных вопросов

Зачетные билеты включают три типа заданий:

1. Теоретический вопрос.

2. Расчетная задача.

3. Тестовые задания.

7.2. Примеры зачетных вопросов

1. Теоретические вопрос.

1.1. Что называется электроприводом?

1.2. Искусственные характеристики трехфазного асинхронного двигателя для различных значений частоты питающей сети, когда .

1.3. Пуск двигателя в функции скорости. Схема. Принцип действия.

2. Расчетная задача.

2.1. Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, имеющего следующие паспортные данные ……, рассчитать и построить естественные механическую и электромеханическую характеристики.

3. Тестовые задания.

6. Какой из способов регулирования применен в электроприводе, имеющем следующие механические характеристики?

 

а) изменением добавочного активного сопротивления статора;

б) изменением добавочного активного сопротивления ротора;

в) изменением добавочного индуктивного сопротивления статора;

г) изменением добавочного индуктивного сопротивления ротора;

д) изменением напряжения обмотки статора

8. Учебно – методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература по дисциплине:

1. Бекишев курс электропривода: Учебное пособие / , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 302 с.

2. Дементьев привод: учебное пособие / , , ; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 224 с.

3. , Козаченко курс электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 450 с.

4. Москаленко привод. – М.: Академия.– 2004. – 368 с.

5. Ключев электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 704 с.

6. , , Боровиков практикум к выполнению лабораторных работ по курсам электропривода и электрооборудования для студентов бакалаврского и инженерного уровней всех форм обучения. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 91 с.

7., Кояин электрических приводов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 120 с.

Дополнительная литература по дисциплине

1. Онищенко привод. – М.: ОАСХН, 2—3. – 312 с.

2. Белов электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. – М.: Академия, 2004. – 576 с.

3. , , Нитиевская электропривод общепромышленных установок. – М.: РАСХН, 2001. – 520 с.: ил.

Программное обеспечение и Internet-ресурсы:

1. MSOffice

2 MathCad

3 MatLab

4. http://www. /entry/cc/en/ – фирма Siemens

5. http://www. /product/us/9AAC100211.aspx – фирма ABB

6. ttp://www. /Products/Literature/Technical+Documentation. htm – фирма Danfoss

9. Материально – техническое обеспечение дисциплины

– лабораторные работы проводятся в специализированных учебных лабораториях; компьютеры подключены к сети учебного корпуса ЭНИН с выходом в Internet ; используется электронный вариант лабораторных работ, разработанный на кафедре;

– практические занятия проводятся в компьютерных классах;

– лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств; материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point;

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки бакалавров; профиль – «Электроснабжение промышленных предприятий»

Программа одобрена на заседании кафедры «Электропривод и электрооборудование»

(протокол от г.)

Авторы: .

Рецензент: д. т.н., профессор каф. ЭПЭО