НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан ЭМФ
“___ ”______________2006 г.
.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
Специальный курс электрических машин: математическое и физическое моделирование при работе в системах.
ООП 140600 - электротехника, электромеханика и электротехнологии, специальность 140601 - электромеханика: инженерная подготовка.
Факультет ЭМФ
Курс 5, семестр 9
Лекции 34 ч.
Лабораторные работы 17 ч.
РГР 9 семестр
Самостоятельная работа 56 ч.
Экзамен 9 семестр
Всего 107 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 | 34 |
Практические (семинарские) занятия | - | |
Лабораторные работы | 17 | |
Расчетно-графическая работа | - | |
Самостоятельная работа | 56 | |
Экзамен | 9 семестр | |
Всего | 107 |
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 140601 (180100) «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 140601 (180100) «Электромеханика» |
Компетенции, которые повысит обучающийся Цели дисциплины | После окончания изучения дисциплины студент научится анализировать специальные режимы работы После успешного изучения материала дисциплины студент будет знать: особенности работы электрических машин, связанные с конструктивными особенностями ЭМ, методы расчёта параметров и характеристик ЭМ в переходных режимах работы, особенности работы ЭМ в электрических сетях, особенности работы ЭМ со сверхпроводящими обмотками в переходных режимах. |
Ядро дисциплины (основные блоки, разделы, темы) | Основные темы изучения дисциплины: Режим внезапного короткого замыкания синхронного генератора. Асинхронные режимы работы синхронных машин. Устойчивость синхронных машин. Особенности переходных процессов СГ со сверхпроводящими обмотками. |
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. «Математическое моделирование технических систем» - методы расчёта переходных процессов ЭМ, характеристики ЭМ в переходных режимах. . |
Требования к первоначальному уровню подготовки обучающихся | Предшествующий уровень образования – успешная аттестация за предыдущие 8 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 107 час, из которых на лекции отводится 34 ч., на лабораторные занятия – 17ч., на самостоятельную работу – 56 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 4 | О необходимости и особенностях изучения специальных и переходных процессов в электрических машинах О поведении ЭМ при работе в системах электроснабжения и электроприводе. О работе СГ со сверхпроводящими обмотками. О статической и динамической устойчивости ЭМ. |
Знать: | |
5 6 7 8 9 | Методы анализа статической и динамической устойчивости. Определение индуктивных параметров и постоянных времени СГ. Методы исследования статической и динамической устойчивости ЭМ. Методы расчёта пусковых характеристик СМ. Знать особенности работы криогенных генераторов в переходных режимах. |
Уметь: | |
10 11 12 13 | Применять теорему постоянства потокосцепления для анализа внезапного короткого замыкания. Применять уравнения Парка – Горева. Обосновывать упрощающие допущения. Давать физическое толкование теоретическим результатам. |
Владеть: | |
14 15 | Терминами и определениями курса. Методами исследования специальных режимов и переходных процессов ЭМ. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Содержание лекционных занятий
Таблица 4
Блок, модуль, раздел, тема | Часы | Ссылки на цели |
· Режим внезапного короткого замыкания синхронного генератора. Особенности режима. Параметры и уравнения синхронной машины. Основные допущения. Физическое представление процесса на основе закона постоянства потокосцепления. Аналитическое решение и его анализ. Исследование влияния параметров на переходный процесс. Построение математической модели процесса. Алгоритм моделирования на ЭВМ. | 10 | 1,2,6,10,12,13,14 |
Асинхронные режимы работы, методы исследования и основные допущения. Расчёт статических пусковых характеристик. Анализ поведения изображающих векторов тока и потокосцепления обмотки статора. Влияние магнитной и электрической несимметрий на пусковые характеристики. Влияние поля возбуждения на процесс пуска синхронного двигателя. | 10 | 8, 12,15,14 |
· Устойчивость синхронных машин. Общая характеристика устойчивости синхронных машин. Понятия статической и динамической устойчивости СМ. Виды нарушения устойчивости. Общие методы исследования статической устойчивости. Анализ статической устойчивости методом демпферных и синхронизирующих моментов. Выделение областей устойчивой и неустойчивой работы. Анализ влияния параметров на устойчивость. Явление самовозбуждения и его анализ. Влияние параметров на самовозбуждения. Динамическая устойчивость. Свободные и вынужденные колебания и причины их возникновения. Расчёт дмнамической устойчивости методом площадей. Динамическая и статическая угловые характеристики синхронной машины. Запас устойчивости по статической и динамической угловым характеристикам. | 10 | 5, 7, 12,13,14 |
Использование сверхпроводимости в электромеханике. Особенности конструкции СМ со сверхпроводящими обмотками. Внезапное к. з. СГ со сверхпроводящей обмоткой возбуждения. Процесс восстановления напряжения СГ после устранения к. з. | 4 | 9,12,14 |
Асинхронные режимы работы синхронных машин.Содержание лабораторных занятий
Таблица 6
Темы лабораторных занятий. | Учебная деятельность: перечень лабораторных работ | Часы | Ссылки на цели |
1. Внезапное к. з СГ без успокоительной обмотки | Работа №1. Анализ расчётной модели восях d, q. | 4 | 5, 8, 14 |
Работа №2. Анализ фазных токов. | 4 | 4, 5, 7, 14 | |
2. Внезапное к. з СГ с успокоительной обмоткой. | Работа №3. Анализ расчётной модели восях d, q | 4 | 5, 12, 14 |
Работа №4. Анализ фазных токов. . | 4 | 5, 12, 14 | |
3. Итоговое занятие | 1 |
5. Учебная деятельность
Учебная деятельность студентов предполагает выполнение 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 лабораторные работы и защитить отчёты по лабораторным работам. Итоговая аттестация проводится в виде письменного экзамена.
Экзаменационные билеты включают 3 вопроса из списка раздела 8.
7. Список литературы
Основной 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, 1987.- 287 с.: ил.
Дополнительный список
4. , Переходные процессы в машинах переменного тока.- М.-Л.: ГЭИ, 1963.-774 с.
5.Постников теория и переходные процессы в электрических машинах.- М.: .: Высшая школа, 1975.- 319 с. с.
6.Веников подобия и моделирования Горев процессы синхронной машины.-Л.: Наука, 1985.–502 с.
7.Моделирование переходных процессов в электрических машинах в системе MATLAB; сост. , / НГТУ.– Новосибирск, 2000.
8.Инструментальные средства моделирования динамических режимов электрических машин; сост. , , и др. / НГТУ. - Новосибирск,2003.
9. Дипломные и курсовые проекты (работы): объём, содержание, оформление; сост. , /НГТУ - Новосибирск, 2004
.
8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
.
Экзаменационные вопросы по «Спецкурсу ЭМ»
Тема №1. Внезапное короткое замыкание синхронного генератора.
1.1 Запишите уравнения Парка – Горева и объясните их особенности.
1.2 Сформулируйте допущения, которые могут быть приняты при анализе режима ВКЗ СГ.
1.3 Представьте уравнения Парка – Горева к виду пригодному к решению численными методами.
1.4 Аналитическое решения задачи ВКЗ СГ без успокоительной обмотки и с успокоительной обмоткой.
1.5 Физическое объяснение процесса на основе теоремы постоянства потокосцепления.
1.6 Дайте определение индуктивным параметрам 
.
1.7 Перечислите и дайте определение постонным времени СГ.
1.8 Назовите составляющие фазного тока к. з. и условия их возникновения.
1.9 Объясните появление второй гармоники в фазном токе обмотки якоря.
1.10 Чем обусловлено появление периодической сотавляющей тока в обмотке возбуждения?
1.11 Что понимают под ударным током к. з. СГ.
1.12 Почему токи в отдельных фазах СГ при 3-х фазном к. з. имеют разную форму?
1.13 Чем опасны режимы В. К.З.?
Тема №2. Асинхронные режимы работы синхронной машины.
2.1 Асинхронные режимы, методы исследования и основные допущения.
2.2 Расчёт статических пусковых характеристик.
2.3 Анализ изображающих векторов тока и потокосцепления обмотки статора.
2.4 Влияние магнитной несимметрии на статическую пусковую характеристику.
2.5 Влияние электрческой несимметрии на статическую пусковую характеристику.
2.6 Влияние поля возбуждения на пусковые характеристики синхронного двигателя.
Тема №3. Устойчивость синхронных машин.
3.1 Общая характеристика устойчивости СМ. Понятия статической и динамической устойчивости. Виды нарушения устойчивости.
3.2 Линеаризация уравнений.
3.3 Точные методы исследования статической устойчивости.
3.4 Преобразование уравнений для анализа статической устойчивости методом демпферных и синхронизирующих моментов.
3.5 Критерий устойчивости, вытекающий из метода демпферных и синхронизирующих моментов.
3.6 Выделение областей устойчивой и неустойчивой работы. Анализ влияния параметров на устойчивость.
3.7 Явление самовозбуждения СМ и в каких случаях оно возникает.
3.8 Уравнения СМ при последовательном включении электрической ёмкости в цепь стстора.
3.9 Влияние параметров на области самовозбуждения СМ без демпферной обмотки.
3.10 Влияние демпферной обмотки на самовозбуждение.
3.11 Методы исследования динамической устойчивости.
3.12 Свободные и вынужденые колебания СМ и причины их возникновения.
3.13 Чем опасны колебания СМ?
3.14 Назовите способы ограничение колебаний.
3.15 Расчёт динамической устойчивости мктодом площадей.
3.16 Динамическая угловая характеристика СМ. Запас устойчивости по стстической и динамической характеристикам.
3.17 Алгоритм расчёта динамической устойчивости на ЭВМ.
Тема №4. Особенности переходных процессов СГ со сверхпроводящей обмоткой возбуждения.
4.1 Использование сверхпроводимости в электромеханики. Особенности конструкции сверхпроводящих машин.
4.2 Особенности ВКЗ СГ со сверхпроводящей обмоткой возбуждения.
4.3 Процесс восстановления напряжения СГ со сверхпроводящей обмоткой возбуждения после устранения КЗ.
