НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок
“УТВЕРЖДАЮ”
«Утверждаю»
Декан ЭМФ
__________
« »___________ 2006г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов.
ООП: 140600 - Электротехника, электромеханика и электротехнологии для подготовки по специальности 140604 электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов.
Курс 5 Семестр 9
Лекции 34 час
Лабораторные работы 17 час
Контрольная работа - 1
Самостоятельная работа 99 час.
Экзамен
Всего часов 150
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного обазовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии для подготовки по специальности 140604 – электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов.
Шифр дисциплины по учебному плану национально-региональный (вузовский\) компонент
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры:_____________ЭАПУ,
__Протокол №______, ”____”______________2006г._______________________
название кафедры, номер протокола заседания кафедры и дата его проведения
Программу разработал: к. т.н., доцент.
Заведующий кафедрой к. т.н., доцент
1.Внешние требования.
Курс «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов (АЭПТПМ) определен ГОС высшего профессионального образования по направлению 140600 –электротехника, электромеханика и электротехнологии под индексом СД.04. Данный предмет относится к специальным дисциплинам по специальности 140604 – электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов.
Этот курс, по определению, имеет существенную практическую направленность, поскольку предметом его является изучение типовых производственных механизмов: их конструкции, технологии и систем электрооборудования.
При этом выпускник должен иметь знания, соответствующие ниже приведенной программе, а именно должен знать:
конструктивные и технологические особенности типовых производственных механизмов, влияющие на статические и динамические характеристики электропривода
Инженер должен владеть:
современными методами расчета электромеханических характеристик ЭП в целом и его составляющих: преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств.
Инженер должен уметь:
рассчитывать и выбирать силовые элементы ЭП, рассчитывать статические и динамические характеристики электромеханических систем с учетом технологических и конструктивных особенностей механизма.
2. Цель и характерные особенности курса.
Курс АЭПТПМ читается для студентов пятого курса.
Главная цель курса АЭПТПМ заключается в том, чтобы студенты детально изучили хотя бы по одному варианту схем электроприводов следующих производственных машин: подъемного крана, экскаватора, пассажирского лифта, насоса, а также ознакомились с процедурой наладки электроприводов.
При этом курс строится так, чтобы изучение схем было фундаментальным. То есть, у студента должно сформироваться понимание взаимосвязи между принципиальной схемой электропривода (ЭП), структурной схемой системы управления (СУ) механизма и математической моделью (системой уравнений), характеризующей процесс функционирования механизма. Более того, студент должен научиться составлять структурную схему СУ по принципиальной схеме ЭП, а по структурной схеме – записывать соответствующую систему уравнений.
При таком подходе к изучению схем ЭП студенты повторяют и закрепляют материал ранее изучаемых дисциплин: теории электропривода, системы автоматического управления, элементы систем автоматики.
Следующей целью и особенностью курса является ознакомление студентов с процедурой научно – технологического подхода к проблеме разработки автоматизированного ЭП технологических машин и комплексов.
Под научно–технологическим подходом здесь понимается такой порядок проектирования ЭП, который включает следующие этапы:
-изучение технологического процесса, обслуживаемого электроприводом;
-изучение законов природы (физических законов), в соответствии с которыми осуществляется данный технологический процесс;
-разработка математической модели машины и материала (среды), отражающей техническую и технологическую суть производственного процесса;
-расчет количественных характеристик машины и материала, определяющих параметры математической модели;
-выбор силового электрооборудования;
-синтез и анализ систем управления.
Конкретно студент должен знать структуру определенного технологического комплекса добывающего производства и технологического комплекса городского хозяйства
Целью курса является также ознакомление студентов с предметом теории надежности (ТН), основными понятиями ТН, расчетом количественных характеристик, и методами повышения надежности.
Особенностью курса в методическом плане является следующее.
1.Студенту дается определенная свобода в выборе схемы ЭП, которую он должен детально изучить. Например, по заданию студент должен составить описание работы схемы ЭП подъемного крана. Студент имеет возможность выбрать схему ЭП механизма подъема или механизма перемещения, схему ЭП постоянного тока или переменного. Более того, студент может предложить схему ЭП любого другого механизма, если эта схема по сложности и объему образовательного материала соответствует схеме кранового ЭП.
Дозволенность такого выбора объясняется тем, что к 5курсу студенты зачастую работают по специальности на производстве. И, следовательно, его выбор может оказаться максимально полезным для профессиональной подготовки. Это особенно важно для студентов заочной формы обучения.
2.В процессе выполнения учебной программы студенты в определенной степени выполняют методическую и учебную работу. Это заключается в том, что одну из четырех обязательных по программе практических занятий схем, студент самостоятельно (по графику самостоятельной работы) изучает и докладывает перед аудиторией. Три остальных схемы он изучает по описанию, составленному другими студентами.
Следует заметить, что по техническому уровню (по элементной базе, по алгоритму функционирования) схемы управления ЭП могут существенно отличаться. Изучаются схемы современные, где роль коммутирующих элементов выполняют полупроводниковые элементы и электронные устройства и, в то же время схемы с традиционными релейно-контакторными аппаратами, которые еще используются в производстве.
Таким образом, цели и задачи учебной дисциплины могут быть представлены таблицей 3.1, где указано, что студент должен знать и уметь.
Табл.3.1.
иметь представление: | |
1 | О конструкции типовых производственных механизмов и кинематических схемах электроприводов |
2 | О технологических процессах машин, содержащих типовые механизмы и о механических характеристиках механизмов |
3 | О методах оценки надежности электрооборудования и способах ее повышения, о схемах, обеспечивающих снижение динамических нагрузок, обусловленных зазорами. |
знать: | |
4 | схемы типовых панелей управления крановыми электроприводами с магнитными контроллерами |
5 | Силовые схемы многодвигательных электроприводов и особенности проектирования систем управления ими |
6 | Порядок расчета эксплуатационных характеристик механизмов при регулировании их скорости |
7 | Основные узлы схем управления многопозиционными подъемниками (лифтами) и алгоритм функционирования схем |
8 | Критерии надежности и числовые показатели надежности, используемые при оценке надежности электрооборудования. |
уметь: | |
9 | Читать простейшие схемы релейно-контакторного управления приводами производственных механизмов. |
10 | Составить математическую модель и структурную схему электропривода типового механизма по его принципиальной схеме. |
11 | Рассчитать механические характеристики многодвигательного электропривода и оценить возможность неравномерной загрузки двигателей при неидентичности их параметров. |
12 | Выбрать электрооборудование для типовых производственных механизмов. |
13 | Рассчитать показатели надежности электрооборудования при внезапных отказах и предложить методы повышения надежности. |
Иметь опыт | |
14 | Составления расчетных схем кинематической цепи механизмов |
15 | Моделирования систем электропривода с учетом особенностей кинематической цепи и конструкции механизма (зазоров, упругих связей, зависимости нагрузки от значения технологических параметров) |
3.Структура и содержание курса.
Изучение данного предмета предусматривается на пятом курсе: на дневной форме обучения в девятом семестре.
Характер учебной нагрузки студентов и распределение ее по видам учебных занятий приведено в табл. 3.2.
Табл.3.2.
Вид занятий | Число часов | форма контроля |
Лекции | 34 | экзамен |
Лаборатория | 17 | письменный отчет |
Самостоятельная работа | 24 | письменный отчет |
Всего часов | 75 |
На рисунке 3.1 представлена блок-схема структуры курса АЭПТПМ, в элементах которой обозначены темы лекций.
Рис. 3.1 Блок-схема структуры курса.
3.1Содержание и распределение лекционной нагрузки по темам (по элементам блок-схемы курса).
Темы лекций и их содержание | часы | ссылки на цели |
3.1.1. Введение. Классификация производственных машин и механизмов. Общие технические характеристики машин. МОДУЛЬ 1. 3.1.2. Механические характеристики производственных механизмов. Расчетная схема кинематической цепи ЭП и ее характеристики: приведенные моменты инерции и коэффициенты жесткости кинематических звеньев, приведенные зазоры в соединениях звеньев. Структурная схема расчетной кинематической схемы 3.1.3. Требования к электроприводам экскаваторов. Схемы электроприводов экскаваторов. ЭП по системе магнитный усилитель – генератор – двигатель. ЭП по системе тиристорный преобразователь – двигатель с подчиненным регулированием координат (тока и напряжения). . 3.1.4. Требования к электроприводам крановых механизмов. Схемы электроприводов подъемных кранов. Схема замкнутой системы ЭП механизма подъема с импульсным регулированием сопротивления в цепи ротора. Схема двухдвигательного электропривода механизма передвижения с импульсно–ключевым регулятором скорости. . 3.1.5. Требования к электроприводам пассажирских лифтов. Основные узлы ЭП лифта. Схема ЭП переменного тока лифта с релейно-контакторным управлением. . 3.1.6. Многодвигательные ЭП производственных механизмов. Анализ режимов работы двухдвигательного ЭП при различных схемах включения двигателей. Способы и схемы выравнивания нагрузки двигателей в многодвигательных электроприводах. МОДУЛЬ 2. 3.1.7. Влияние упругих связей и зазоров в элементах кинематической цепи и законов управления электроприводом на динамические нагрузки. Аналитическая оценка влияния упругой связи и зазора в режиме пуска двухмассовой системы ЭП. Схемы ЭП, обеспечивающие компенсацию зазоров в кинематической цепи: схема ЭП с наблюдающим устройством; схема двухдвигательного ЭП при питании двигателей от общего источника; схема двухдвигательноо ЭП МОДУЛЬ 3. 3.1.8. Электропривод насосов. Q – H характеристика насоса и магистрали. Способы регулирования подачи. 3.1.9.Технология черпания грунта земснарядом и драгой. Система регулирования нагрузки главного привода драги. 3.1.10. Электромеханические вибраторы. Математическая модель электромеханического вибратора дебалансного типа. Алгоритмы управления параметрами технологического режима.
МОДУЛЬ 4. 3.1.11. Классификация и структура технологических комплексов базовых отраслей промышленности. Средства управления комплексами. Автоматизированные технологические комплексы добывающих производств.
МОДУЛЬ 5. 3.1.12. Основы обеспечения надежности электрооборудования. Основные понятия теории надежности, количественные характеристики надежности, способы повышения надежности, статистический контроль качества и надежности массовой продукции. | -2 часа - 2 часа - 4 часа - 4 часа -2 часа -2часа 4 часа - 2 часа - 2 часа - 4 часа - 2часа -4 час | 1,2 2,15 10, 4,5,9 7,9, 5,11 3,14 1,2,6 1,2 1,2 1,2,12 3,1 |
при питании от индивидуальных источников с общим регулятором скорости.3.3. Лабораторные работы.
Программа лабораторных работ ориентирована на приобретение навыков работы с реальным электрооборудованием, используемом в ЭП производственных механизмов. Программы работ предписывают расчет характеристик ЭП, построение характеристик по экспериментальным данным, анализ экспериментальных характеристик в различных режимах работы ЭП и сравнение экспериментальных характеристик с расчетными. Кроме того, предполагается, что студент освоит способы моделирования нагрузки (активной, реактивной, диссипативной, возникающей при деформации упругих звеньев), характерной для различных типов производственных механизмов.
Лабораторная работа № 1. Исследование двухдвигательного ЭП постоянного тока при различных схемах подключения двигателей к источникам питания. - 4 часа
Лабораторная работа № 2. Исследование электропривода с упругой связяью и зазором в кинематической цепи - 4 часа.
Лаб. работа № 3. Изучение схем электропривода механизма подъема -4 часа.
Лаб. работа № 4. Изучение схем электропривода механизма передвижения-4 часа
4. Оценка уровня подготовки.
. Предсессионная оценка уровня подготовки студента производится по трем составляющим:
- лабораторные работы 0 – 2 балла
- расчетное задание и изучение схем (самостоятельная работа) 0 – 2 балла
- посещаемость аудиторных занятий 0 – 2 балла
Студент, выполнивший пункты 1,2 в установленные сроки и набравший 4, 5, 6 баллов имеет право соответственно на удовлетворительную, хорошую и отличную оценку без сдачи экзамена.
Студент, не выполнивший 1-ый или 2-ой пункт, не допускается к экзамену.
Студент, пропустивший более 50 % лекций, сдает экзамен без конспектов и дополнительной литературы.
5. Список литературы.
,, Рассудов электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М. АСАДЕМА. 2004. Ключев и автоматизация общепромышленных механизмов. – М: Энергия 1980. Капунцов и электропривод промышленных установок. М: Энергия 1979. , Певзнер электропривод. Справочник. М: Энергия. 1988. Электротехнический справочник. Изд. 7.,т.3, кн. 2. Под ред. 1988. Дружинин автоматизированных производственных систем. М. Энергоатомиздат. 1988.ПОСПОРТ
Комплекта итоговых контролирующих материалов по дисциплинелине «Автоматизированный электропривод типовых производственных машин и технологических комплексов»
Направление 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии.
Разработчик – к. т.н., доцент кафедры ЭАПУ
Соответствие ГОС ВПО РФ : соответствие заданий целям и содержанию дисциплины представлено в виде матрицы (табл. 1). Принципы (особенности) разработки контролирующих материалов(КМ):комплект КМ разработан на основе ГОС ВПО по направлению 140600.
3.Форма КМ : контролирующие материалы представлены в виде вопросов для письменной итоговой аттестации и охватывают основные разделы дисциплины. Все вопросы условно можно разделить на четыре группы: описание релейно-контакторной схемы управления разомкнутыми системами электропривода, анализ механических характеристик двухдвигательного электропривода при различных схемах включения двигателей и при неодинаковых параметрах, описание принципиальных схем ЭП, расчет показателей надежности.
4.Каждому студенту выдается по 3 вопроса из указанных групп. Ответы оцениваются по пяти бальной шкале. Оценка 5 соответствует 1 баллу, 4 – 0,8 балла, 3 – 0,6 балла, 2 – 0,29 балла. Максимальное число баллов -4.
5. Время, отведенное для выполнения задания составляет 1 учебный час.
Таблица 1.
Матрица описания содержания КМ по целям и модулям дисциплины.
Номер цели | Содержание цели | Номер задания КМ |
Знать | ||
4 | схемы типовых панелей управления крановыми электроприводами с магнитными контроллерами | 26,27,28,29,30 |
5 | Силовые схемы многодвигательных электроприводов | 9,10,11,12,13 |
6 | Порядок расчета эксплуатационных характеристик механизмов при регулировании их скорости | 1,16,17 |
7 | Принципиальные схемы ЭП | 3,4,5,6,7,8 |
8 | Критерии надежности и числовые показатели надежности, используемые при оценке надежности электрооборудования. | 21,22 |
Уметь | ||
9 | Читать простейшие схемы релейно-контакторного управления приводами производственных механизмов. | 26,27,28,29,30 |
10 | Составить математическую модель и структурную схему электропривода типового механизма по его принципиальной схеме. | 3,4,5,6 |
11 | Рассчитать механические характеристики многодвигательного электропривода и оценить возможность неравномерной загрузки двигателей при не идентичности их параметров | 9,10,11,12,13 |
13 | Рассчитать показатели надежности электрооборудования при внезапных отказах и предложить методы повышения надежности. | 23,24,25 |
Иметь опыт | ||
14 | Составления расчетных схем кинематической цепи механизмов | 2 |
Контрольные вопросы (КМ) по курсу АЭПТПМ.
1. Назовите признаки классификация производственных машин. Какими типовыми механизмами обеспечивается рабочий процесс экскаватора и подъемного крана. Приведите расчетные формулы и графики механических характеристик механизмов подъема и передвижения.
2.Приведите расчетную схему кинематической цепи подъемной лебедки и определите ее параметры с учетом упругости и провисания каната. Составьте структурную схему, соответствующую расчетной.
3.Объясните принципиальную схему ЭП лебедки экскаватора, выполненную по системе МУ-Г-Д и составьте соответствующую структурную схему САУ.
4.Приведите структурную схему и объяснить принцип действия регуляторов унифицированной системы ЭП экскаватора с подчиненным регулированием координат. Объяснить процедуру наладки системы управления ЭП.
5.Объясните принципиальную схему ЭП лебедки крана с импульсным регулированием сопротивления в цепи ротора. Приведите соответствующую структурную схему.
6.Объясните принципиальную схему двухдвигательного ЭП механизма передвижения с импульсно-ключевым регулятором скорости.
7.Объясните принцип действия и схему узла контроля положения кабины пассажирского лифта и узла автоматического выбора направления движения лифта.
8.Объяснить релейно-контакторную схему управления ЭП переменного тока пассажирского лифта.
9.Охарактеризовать возможные схемы включения двигателей в двухдвигательном ЭП. Привести механические и скоростные характеристики ЭП при различных схемах включения двигателей.
10.Объяснить достоинства и недостатки многодвигательных систем ЭП. Объяснить схему двухдвигательного ЭП с автоматическим выравниванием токов двигателей.
11.Объяснить механические характеристики двухдвигательного ЭП при последовательном соединении двигателей и при различных сопротивлениях и потоках возбуждения двигателей.
12.Объяснить механические характеристики двухдвигательного ЭП при параллельном соединении двигателей и при различных сопротивлениях и потоках возбуждения двигателей.
13.Объяснить механические характеристики двухдвигательного ЭП при подключении двигателей к индивидуальным преобразователям и при различных сопротивлениях и потоках возбуждения двигателей.
14.Привести и объяснить схему однодвигательного ЭП, обеспечивающую плавный выбор зазора.
15.Привести и объяснить схему духдвигательного ЭП, обеспечивающую компенсацию зазора.
16. Назвать технологические параметры, характеризующие режим работы механизмов центробежного типа. Привести соотношения между этими параметрами.
17. Привести соотношения для расчета механической характеристики и мощности насоса. Охарактеризовать способы регулирования подачи.
18 Объяснить Q-H характеристики насоса и магистрали и рассказать порядок расчета Q-H характеристик насоса для скорости, отличающейся от номинальной.
19. Дать определение промышленному роботу. Привести вариант расчетной кинематической схемы и составить ее математическую модель. Охарактеризовать технические характеристики ПР.
20. Охарактеризовать требования к ЭП промышленных роботов. Объяснить схему ЭП робота.
21. Сформулировать предмет теории надежности. Дать определение основных понятий ТН.
22. Назвать критерии надежности и дать определение количественным характеристикам надежности.
23. Привести пример расчета надежности устройства при последовательном соединении элементов.
24 Перечислить способы повышения надежности. Привести соотношения для расчета надежности резервированных систем.
25. Назвать методы статистического контроля качества продукции. Определить количественные характеристики планов контроля.
26. Схема кранового ЭП с панелью ДК.
27. Схема кранового ЭП с панелью ТСА
28. Схема кранового ЭП с панелью П
29. Схема кранового ЭП с панелью ТРД
30. Схема кранового ЭП с панелью ПС
