НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан ЭМФ

Н. И.Щуров

“___ ”______________2006 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

ООП 140600 Электротехника, электромеханика и электротехнологии: бакалавриат.

Факультет ЭМФ

Курс 4, семестр 7

Лекции 34 ч.

Практические (лабораторные) работы 17 ч.

Контрольные работы ( РГЗ) 7 семестр

Самостоятельная работа 41 ч.

Зачет 7 семестр

Всего 92 ч.

Новосибирск

2006 г.

Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования 551300 по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

Регистр. № 000 тех/бак утвержден 27.03.2000 г.

Шифр ГОС ОПД. В.02– дисциплина по выбору студента установленная ВУЗом

Шифр дисциплины по учебному плану

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Электромеханика» протокол заседании кафедры №__5___от «_31__»__августа_______2006 г.

Программу разработали

Доцент, к. т.н.______________________________ А.

Доцент, к. т.н.______________________________ Г.

Заведующий кафедрой

проф., д. т.н. ______________________________ Ф..

Ответственный за основную

образовательную программу

доц. каф. ЭТК, к. т.н.__________________________С. М. Кузнецов

1. Внешние требования

Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

ОПД. В.02 (дисциплина по выбору студента установленная ВУЗом)

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ»:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Структура курса

Шифр дисциплины	Содержание учебной дисциплины	Часы
ОПД. В.02	Лекции	34
Лабораторные работы	17
Расчетно-графическая работа	7 семестр
Контрольная работа	7 семестр
Самостоятельная работа	41
Зачет	7 семестр
Всего	92

2. Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)	Содержание
Основание для введения дисциплины в учебный план направления	Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 140600 (551300) «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» Регистр. № 000тех/бак утвержден 02.03.2000 г. Шифр ГОС ОПД. В.02-дисциплина по выбору студента установленная ВУЗом
Адресат курса	Для направления подготовки дипломированного специалиста по направлению 140600 (551300) «Электротехника, электромеханика и электротехнологии »
Компетенции, которые повысит обучающийся Цели дисциплины	После окончания изучения дисциплины студент научится самостоятельно и профессионально принимать решения в области конструирования, эксплуатации и научных исследований электромеханических устройств и преобразователей автоматических систем (ЭМУ и ЭМП), квалифицированно проводить их испытания. После успешного изучения материала дисциплины студент будет знать о классификации, конструкциях электромеханических устройств и преобразователей автоматических систем, их основных показателях при эксплуатации. Курс имеет практическую направленность: около 37% времени уделено лекционному изложению основных положений, основная часть времени отведена практическим занятиям и самостоятельной работе для овладения методами расчёта и испытаний электромеханических устройств и преобразователей автоматических систем.
Ядро дисциплины (основные блоки)	Основные темы изучения дисциплины: * Общие вопросы электрических машин систем автоматики; * Силовые, управляемые и исполнительные двигатели систем автоматики; * Информационные электрические машины.
Связи с другими учебными дисциплинами основной общеобразовательной программы	Дисциплина связана с другими дисциплинами подготовки бакалавра техники и технологии, используя следующие знания и умения: «Теоретические основы электротехники» – принципы расчета симметричных и несимметричных электрических и магнитных цепей в электрических машинах в том числе и матричными методами, расчет электрических схем замещения электромеханических устройств и преобразователей ; «Материаловедение» – представление о современных изоляционных, электротехнических и конструкционных материалах, классах изоляции и свойствах магнитных материалов, особенностям нагрева и охлаждения структур из этих материалов. «Прикладная механика» – знание основных технических устройств и стандартных изделий, входящих в состав электромеханических устройств и преобразователей, методов расчета механических устройств. «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. «Специальные главы высшей математики» - знание основ теории вероятности и математической статистики, основ теории надежности технических изделий. «Метрология, стандартизация, сертификация» - сертификация, ее роль в повышении качества продукции и развитие на международном, региональном и национальном уровнях. Правовые основы стандартизации. Международная организация по стандартизации (ИСО). Основные положения государственной системы стандартизации (ГСС). Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов. Основные цели и объекты сертификации. Термины и определения в области сертификации.
Требования к первоначальному уровню подготовки обучающихся	Предшествующий уровень образования – успешная аттестация за предыдущие 6 семестров обучения
Особенности организации учебного процесса по дисциплине	Изучение дисциплины строится на основе сочетания разнообразных форм учебного процесса: лекций, лабораторных занятий, самостоятельной работы студентов с использованием различных видов контроля знаний (выполнение индивидуальных заданий при подготовке расчетно-графической работы, выполнении контрольной работы по материалам лекционного курса). Курс рассчитан на 92 часа, из которых на лекции отводится 34 ч., на лабораторные занятия – 17ч., на самостоятельную работу – 41 ч. Разработана тематика лабораторных занятий, на которых студенты в соответствии с темой занятия выполняют работу, осваивая методы оценки точности информационных электромеханических устройств систем автоматики, особенности эксплуатации силовых и специальных электромеханических устройств и преобразователей систем автоматики. После проведения всех экспериментов и расчетов, производят анализ результатов и делают заключения по работе, защищают работу при собеседовании с преподавателем.

3. Цели учебной дисциплины

После изучения дисциплины «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ» студент будет

Иметь представление:

- о конструктивных особенностях современных ЭМУ и ЭМП систем автоматики;

- о классификации, назначении и основных требованиях к силовым, информационным и общего применения ЭМУ и ЭМП систем автоматики ;

- об основных методах математического и физического их моделирования ;

- о их основных точностных показателях и методах их оценки;

- о показателях надежности ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

Знать:

- современные методы физического и математического моделирования ЭМУ и ЭМП систем автоматики;

- физико-технические эффекты (ФТЭ), используемые для создания ЭМУ и ЭМП систем автоматики, их классификацию и конкретные требования в зависимости от назначения;

- современную приборную базу для проведения испытаний ЭМУ и ЭМП систем автоматики;

- основные эксплуатационные показатели различных типов ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

Уметь:

- проводить исследование точностных показателей информационных ЭМУ и ЭМП систем автоматики;

- проводить исследование эксплутационных показателей силовых ЭМУ и ЭМП систем автоматики различных типов;

- проводить расчет характеристик ЭМУ и ЭМП систем автоматики с учетом особенностей их эксплуатации;

- получать научно-техническую, в том числе и патентную, информацию о последних достижениях науки и техники в России и за рубежом.

Владеть:

- основными принципами, законами и правилами электромеханики, методами моделирования и расчета ЭМУ и ЭМП систем автоматики,

- знаниями в области конструкционных и электротехнических материалов, применяемых в ЭМУ и ЭМП систем автоматики и их влияние на основные показатели: точность и надежность;

- практическими навыками работы с ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

4. Содержание курса.

Содержание лекционных занятий

Блок, модуль, раздел, тема	Часы	Ссылки на цели
Блок 1. Общие вопросы электрических машин систем автоматики. 1.Назначение и области применения электрических машин автоматических устройств. Их классификация. Особенности конструкции электрических машин малой мощности и микромашин автоматических устройств. Перспективы развития микроэлектромашиностроения. 2.Особенности и основы теории двухфазных электрических машин (анализ симметричных и не симметричных режимов работы, включая однофазный). Магнитодвижущие силы обмоток, потокосцепления и индуктивные параметры. Прямо и обратно бегущие магнитные поля. Изображающие вектора токов, потокосцеплений и напряжений. Свойства изображающего вектора. Двухфазная ортогональная система обмоток как эквивалент многофазной системы. Приведение вращающейся системы обмоток к неподвижной ортогональной системе обмоток как на роторе, так и на статоре электрической машины. Преобразование двухфазной системы обмоток к симметричным составляющим. Электромагнитный момент и электромагнитная мощность обобщенной модели электрической машины.	4	1, 2, 3, 6, 7
Блок 2. Силовые, управляемые и исполнительные двигатели систем автоматики. 1. Асинхронные двигатели. 1.1. Асинхронная двухфазная несимметричная машина. Метод симметричных составляющих для несимметричных двухфазных систем. Схемы замещения, электромагнитный момент. Условия обеспечения кругового поля в общем случае несимметрии. 1.2.Особенности однофазных асинхронных двигателей. Конструктивные исполнения. Способы пуска. 1.3. Управляемые и исполнительные двигатели. Особенности конструкции ( массивные и полые роторы ). Методы управления. Самоход и пути его устранения. Характеристики двигателей при различных методах регулирования частоты вращения и управления. Сравнительный анализ динамических показателей двигателей различного исполнения. 2.Синхронные двигатели. 2.1. Общие вопросы синхронных машин. Уравнения напряжений и момент синхронной машины в неподвижных и вращающихся координатных осях. Установившийся режим синхронной машины: токи и электромагнитный момент. Асинхронный пуск синхронного двигателя. Влияние магнитной несимметрии на вид пусковой характеристики. Операторные характеристики синхронной машины по продольной и поперечной осям. 2.2. Синхронные машины с постоянными магнитами. Область приме конструкции. Современные магнитные материалы. Уравнения напряжения, электромагнитный момент. Условия вхождения в синхронизм. Гистерезисные двигатели: особенности устройства и работы. 2.3. Синхронные двигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения (индукторные, безредукторные, с амплитудной модуляцией магнитного потока): реактивные, с аксиальным и радиальным возбуждением. Синхронные двигатели с катящимся и волновым ротором: конструктивные исполнения, области возможного применения. 2.4. Шаговые электродвигатели. Области применения. Режимы работы: частоты приемистости и разрешающая способность. 2.5. Бесконтактные двигатели постоянного тока на базе синхронных машин различного конструктивного исполнения. Структурная схема, устройство структурных элементов и принцип работы. 3. Коллекторные машины систем автоматики. 3.1. Силовые коллекторные машины малой мощности. Конструктивные схемы с различными системами возбуждения, в том числе с постоянными магнитами, якорей и коллекторов. Уравнения движения, рабочие и пусковые характеристики. Способы регулирования и стабилизации частоты вращения. 3.2. Универсальные и однофазные коллекторные двигатели переменного тока. Особенности устройства, пусковые и рабочие характеристики. Применение в ручном инструменте и современной бытовой технике. 3.3. Исполнительные двигатели постоянного тока. Основные требования и конструктивная реализация их. Уравнения движения в относительных единицах. Виды управления: полюсное, якорное, частотно - и широтно- импульсное.	18	3, 5, 6, 7, 8, 9, 12 , 13 ,14, 15
Блок 3. Информационные электрические машины. 1. Общие сведения. Классификация по применению. Основные требования к информационным электрическим машина Классификация погрешностей по методу В. В. Хрущева: принцип действия, конструктивные и технологические ограничения, условия эксплуатации. 2. Тахогенераторы. 2.1. Виды, области применения и классы точности. Сравнительная характеристика тахогенераторов различного типа. 2.2. Тахогенераторы постоянного тока. Конструктивные особенности, обеспечивающие стабильность выходных характеристик и снижение пульсаций выходного напряжения. Выражение выходной характеристики, погрешности принципа действия. 2.3. Асинхронные тахогенераторы (АТГ) с полым немагнитным ротором. Конструктивные схемы размещения обмоток, требования к материалам АТГ. Математическая модель АТГ в ортогональных неподвижных осях статора и ротора. Выражение выходной характеристики, погрешности принципа действия. 2.4. Синхронные тахогенераторы (СТГ). Выходная характеристика СТГ для с учетом явнополюсности магнитной системы. Причины скоростной погрешности. Измерение сверхнизких частот вращения с помощью индукторных СТГ. 3. Сельсины. Классификация систем синхронной связи. Назначение сельсинов. Контактные и бесконтактные сельсины: магнесины, Свечарника и Иосифьяна, с кольцевым трансформатором, индукторные. Индикаторный, трансформаторный и дифференциальный режимы работы. Факторы влияющие на точность работы сельсинной пары. 4. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы. Назначение. Устройство контактных, бесконтактных ВТ: двухполюсных, многополюсных и индукторных ВТ. Области применения и режимы работы. Основы теории ВТ: синусно-косинусного (СКВТ), линейного (ЛПТ),масштабного (МВТ), преобразователя координат, фазовращателя. Анализ основных погрешностей ВТ по методу В. В. Хрущева. Применение ВТ в трансформаторных передачах.	12	1, 2, 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15

Содержание лабораторных занятий

Блок, модуль, раздел, тема	Учебная деятельность	Часы	Ссылки на цели
Лабораторная работа №1. Исследование исполнительного асинхронного двигателя (АИД) с полым немагнитным ротором.	Знакомство с терминологией и устройством АИД с полым немагнитным ротором. Испытания двигателя в амплитудном и конденсаторном режимах работы. Выбор параметров для обеспечения конденсаторного режима работы. Оценка линейности механических характеристик (ГОСТ 16264.1)	4	1, 2, 9, 10, 11, 16
Лабораторная работа №2. Исследование асинхронного тахогенератора (АТГ) с полым немагнитным ротором.	Знакомство с терминологией и устройством АТГ с полым немагнитным ротором. Опытное определение класса точности (ГОСТ 24875). Изучение влияния величины и рода нагрузки на выходные показатели АТГ.	4	1, 2, 9, 10, 11, 16
Лабораторная работа №3. Исследование поворотных трансформаторов (ВТ).	Знакомство с терминологией и устройством ВТ различного функционального назначения. Испытания СКВТ, ЛПТ и ВТ-построителя. Классы точности ВТ.	4	1, 2, 9, 10, 11, 16
Лабораторная работа №4. Исследование работы однофазных сельсинов (ОС) в индикаторном и трансформаторном режимах	Знакомство с терминологией и устройством ОС. Исследование характеристик и точностных показателей индикаторных и трансформаторных синхронных передач. Классы точности ОС.	4	1, 2, 9, 10, 11, 16

Работы выполняются в лаборатории машин малой мощности кафедры «Электромеханика» по методическому пособию, разработанному к конкретно действующему оборудованию. Лаборатория оснащена макетами электрических машин систем автоматики, позволяющими ознакомить студентов с конструкциями и технологией изготовления машин данного класса.

5. Учебная деятельность.

1.В ходе изучения дисциплины обучающиеся выполняют РГЗ в виде реферата.

Реферат, представляющий собой аналитический обзор, выполняется по конкретной теме исследования с использованием научно-технических журналов:

- Электричество;

- Электротехника;

- Известие вузов «Электромеханика»;

- Электропривод;

- Реферативный журнал "Электротехника".

Цель выполнения реферата: проверка студентом своих теоретических знаний при рассмотрении современных вопросов теории и практики в электромеханики, а в частности применительно к ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

Самостоятельная работа над рефератом по теме исследования с использованием последних научных публикаций способствует приобретению студентами умений:

- формулировать основные технико – экономические требования к объектам техники;

- выполнять работы по поиску аналогов и прототипов объекта исследования и проектирования;

- использовать нормативно – техническую документацию по данному классу электрических машин.

Требования к реферату: Работа оформляется на листах формата А4. Защита работы предусматривает собеседование с преподавателем для объяснений задач, использованных методов, предлагаемых рекомендаций к практическому использованию приведенных в работе положений. Общий объем: анализ не менее 2 – 3 печатных работ. В работе необходимо дать общий обзор рассматриваемой темы, привести анализ имеющихся данных в печатных и электронных источниках информации.

Основные направления для выполнения РГЗ:

*Вспомогательные силовые ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

*Силовые ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

*Информационные ЭМУ и ЭМП систем автоматики.

Предлагаемая структура реферата по курсу «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ»:

■ Аннотация

■ Перечень рассмотренных публикаций

■ Цели публикаций

■ Методы теоретических и практических исследований

■ Выводы и практические рекомендации

■ Приложение первоисточников.

2. Зачет.

Для проверки степени усвоения пройденного материала студенты сдают зачет по вопросам курса, с которыми они ознакомлены на вводной лекции.

6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине.

Критериями определения знаний по учебной дисциплине являются:

- выполнение и защита реферата,

- зачет по дисциплине.

7. Список литературы

1. Электрические машины систем автоматии: Методические указания к лабораторным работам для студентов ЭМФ и ИДО специальности 140601 ⁄ Составители: канд. техн. наук. Г. А.Шаншуров, ст. преп. А. В. Комаров, ассистент И. В. Бочаров,- Новосибирск: НГТУ, 2006 г.

2. П. Электрические микромашины : Курс лекций [ Электронный ресурс] / В. П. Шишкин. – Режим доступа: [ http// www. ispu. ru/ library/ lessons/ Shishkin/ index. html; 2001.] – Загл. с экрана.

3. М. Электрические машины автоматических устройств. - М., Высш. шк., 1988.-475 с.

4. В. Электрические машины систем автоматики. - Л., Энергоатомиздат, 1985.- 363 с.

5. В., В. Электрические микромашины. - М.,Высш. шк., 1985. - 230 с.

6. А. Индукторные измерители частоты вращения. Теория, расчет, проектированние: Учеб. пособие /Новосиб. Гос. Техн. Ун – т.-Новосибирск, 1994. – 200 с.

7. В. Электромеханическое преобразование энергии. –Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005.-452 с.-(Учебники НГТУ).

8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине

Пример темы реферата:

«Асинхронные управляемые двухфазные двигатели с короткозамкнутым ротором.»

Пример билета к зачёту.

Выходная характеристика ТГ постоянного тока. Выражение и анализ погрешностей. АИД разного конструктивного исполнения. Обеспечиваемые при этом свойства, полезные для электроприводов.

Основные порталы (построено редакторами)