Общая характеристика дисциплины М2.В.02. Математическое моделирование в электромеханике Место дисциплины в структуре основной образовательной программы (стр. 2 )

В данном лекционном курсе рассматриваются основы научного  формирования  математических моделей электрических машин для исследования переходных процессов и описываются методы их аналитического и численного решения.  Излагаются вопросы построения моделей электрических машин с учетом насыщения стали и вихревых токов  в обмотках и массивных частях магнитопровода. Дается описание методов формирования уравнений динамики многомашинных систем и приводятся примеры расчета и анализа переходных процессов двухмашинной электромеханической системы в эксплуатационных и аварийных режимах.

        Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах

В интерактивных формах проводится 43,33 % от объема аудиторной нагрузки по дисциплине, который составляет 90 час.

Трудоемкость освоения дисциплины

[таблицы формируются отдельно по каждой форме обучения]

Форма обучения: очная

Виды учебной работы, формы контроля	Всего, час.	Учебный семестр 2	Учебный семестр 3
Аудиторные занятия, час.	90	36	54
Лекции, час.	0	0	0
Практические занятия, час.	54	18	36
Лабораторные работы, час.	36	18	18
Самостоятельная работа студентов, час.	90	36	54
Вид промежуточной аттестации (зачет - З, зачет дифференцированный - ЗД, экзамен - Э, экзамен по накопительному признаку - ЭН)	Э	З
Общая трудоемкость по учебному плану, час.	180	72	108
Общая трудоемкость по учебному плану, з. е.	5	2	3

Виды самостоятельной работы студента по дисциплине	Норма времени на ед работы, час	Всего, час	Учебный семестр 2	Учебный семестр 3
Курсовая работа	20	20	0	20
Реферат	6	12	12	0
Коллоквиум	2	6	0	6
Подготовка к аудиторным занятиям	1	52	24	28

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Код раздела	Раздел дисциплины [наименование]	Содержание*
Р1	Введение	Роль математического моделирования в исследовании и проектировании электрических машин
Р2	Математическое моделирование в задачах электромеханики	Основные положения теории моделирования. Классификация математических моделей электрических машин. Этапы математического моделирования
Р3	Общие подходы к формированию уравнений динамики электрических машин	Физический подход. Физические законы, лежащие в основе электромеханического преобразования энергии. Вариационный подход. Обобщенные координаты и скорости. Силовая функция. Принцип Гамильтона. Уравнение Эйлера-Лагранжа и его использование для описания переходных процессов в электрических машинах.
Р4	Обобщенные модели электрических машин	Уравнения обобщенной электрической машины с неявно выраженными полюсами в фазных координатах. Зависимость коэффициентов взаимоиндукции от углового положения ротора. Преобразование координатных осей как метод исключения периодических коэффициентов в уравнениях динамики электрических машин. Уравнения обобщенной электрической машины с неявно выраженными полюсами  в осях dq, неподвижных относительно статора. Выражение для электромагнитного момента в осях dq. Уравнения обобщенной электрической машины с  явно выраженными полюсами в фазных координатах. Зависимость коэффициентов само - и взаимоиндукции от углового положения ротора. Уравнения обобщенной электрической машины с явно выраженными полюсами в осях dq, неподвижных относительно  ротора. Выражение для электромагнитного момента обобщенной электрической машины в осях dq. Система относительных единиц. Приведение уравнения обобщенной электрической машины к форме Коши. Методы линеаризация уравнений обобщенной электрической машины. Метод разделения переходных процессов на быстрые и медленные. Метод малых отклонений.
Р5	Методы решения уравнений динамики электрических машин	Аналитический метод решения линейной системы дифференциальных уравнений в векторно-матричной форме. Выражения для переходной и установившихся составляющих вектора решения. Собственные значения матрицы коэффициентов системы линейных дифференциальных уравнений и их связь с характером переходных процессов. Аналитический метод решения линейной системы дифференциальных уравнений в комплексной форме. Характеристическое уравнение обобщенной электрической машины с короткозамкнутым ротором. Корневой годограф обобщенной электрической машины в функции частоты вращения ротора. Численные одношаговые методы Рунге-Кутта. Численные многошаговые методы Адамса. Численные многошаговые методы ФДН. Устойчивость методов численного интегрирования. Погрешности методов численного интегрирования.
Р6	Уточненные модели электрических машин	Уравнения уточненной модели электрической машины с неявно выраженными полюсами на основе магнитных схем замещения. Уравнения магнитного состояния и расчет магнитного поля. Уравнения электрического равновесия и электромагнитных связей. Выражение для электромагнитного момента. Уравнения  уточненной модели электрической машины с явно выраженными полюсами. Уравнения магнитного состояния и расчет магнитной цепи. Уравнения электрического равновесия, электромагнитных связей и момента.
Р7	Переходные процессы в электромашинных системах при больших возмущениях	Асинхронный пуск и синхронизация синхронного двигателя. Динамические показатели двигателя при асинхронном пуске и синхронизации. Алгоритм управления вычислительным процессом при асинхронном пуске и синхронизации синхронного двигателя.        Симметричные и несимметричные короткие замыкания в сети. Причины появления высших гармоник в токах и электромагнитном моменте. Роль демпферной обмотки при  коротких замыканиях. Посадка напряжения и самозапуск синхронного двигателя.  Определение предельной глубины посадки напряжения по условию динамической устойчивости. Ресинхронизация двигателя при выпадении из синхронизма. Алгоритм управления вычислительным процессом при посадке напряжения. Переходные процессы синхронного двигателя при кратковременных перерывах питания. Самозапуск и ресинхронизация двигателя.
Р8	Анализ переходных процессов в электромашинных системах при малых возмущениях	Математическая постановка задачи. Задачи исследования электрических машин при малых возмущениях. Упрощение и линеаризация уравнений переходных процессов синхронной машины, работающей параллельно с мощной сетью через линию связи. Анализ динамических свойств нерегулируемого синхронного двигателя. Влияние регулирования возбуждения на динамические свойства синхронной машины. Методы анализа статической устойчивости и качества переходных процессов в сложных электромашинных
Р9	Заключение	Основные направления развития и совершенствования математических моделей электрических машин.

*Указываются темы или дидактические единицы, или перечень основных вопросов дисциплины.

Дидактическая единица – максимально сжатое изложение главных компонентов содержания учебного материала дисциплины, обеспечивающих освоение перечисленных выше компетенций.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ ДИСЦИПЛИНЫ ПО РАЗДЕЛАМ И ВИДАМ РАБОТ

(по формам обучения)

Форма обучения очная

О РГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Лабораторный практикум

[заполняется, если предусмотрено учебным планом, в ином случае указывается «не предусмотрено»]

№	Раздел дисциплины [код раздела]	Наименование работы	Объем учебного времени, час.
1	Р3	Сравнительный анализ моделей обобщенной электрической машины в неподвижной и вращающейся системе координат	2
2	Р4	Анализ линеаризованной модели обобщенной электрической машины аналитическим методом	4
3	Р4	Исследование погрешности решения уравнений динамики обобщенной электрической машины численными методами	4
4	Р4	Исследование амплитудно-фазовых характеристик асинхронного двигателя	4
5	Р4	Исследование переходных характеристик синхронной машины	4
6	Р6	Исследование переходных процессов при асинхронном пуске и синхронизации синхронного двигателя	4
7	Р6	Исследование переходных процессов при симметричном и несимметричном коротком замыкании в цепи статора синхронного двигателя	4
8	Р6	Исследование переходных процессов при самозапуске синхронного двигателя после кратковременного  нарушения электроснабжения	4
9	Р7	Исследование динамики синхронного двигателя при малых возмущениях	6

Практические занятия

[заполняется, если предусмотрено учебным планом, в ином случае указывается «не предусмотрено»]