Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ЭНИН
_____________Боровиков Ю.С.
«___»________________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 140400 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: «Электропривод и автоматика»
СТЕПЕНЬ: Бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 4; СЕМЕСТР 7;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 6
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Силовая электроника», «Теория автоматического управления», «Электрический привод», «Электрические машины», «Электрические и электронные аппараты».
КОРЕКВИЗИТЫ: «Системы управления электроприводов», «Микропроцессорные средства
в электроприводе», «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
36 часов (ауд.)
27 часов (ауд.)
27 часов (ауд.)
90 часов
72 часов
162 часа
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН, ДИФ. ЗАЧЕТ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ: каф. «Электропривода и электрооборудования»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
ПРЕПОДАВАТЕЛИ:
к.т.н., доцент Ю.Н. Дементьев
к.т.н., доцент А.В. Глазачев
к.т.н., доцент Ю.Н. Дементьев
2011 г.
1
1. Цели освоения дисциплины
Основной целью изучения дисциплины является формирование у студентов глубоких
теоретических знаний в области общих физических закономерностей электропривода, особенностей взаимодействия элементов электромеханической системы, характера статических и динамических процессов в разомкнутой и в замкнутой обратными связями по главным координатам системах, а также практических навыков расчетно-эксплуатационной и экспериментальной
деятельностей, связанных с расчетом статических характеристик, переходных процессов и
нагрузочных диаграмм электропривода, выбора мощности двигателей и преобразователей, расчета энергетических показателей современных электроприводов.
В результате освоения данной дисциплины обеспечивается достижение целей Ц1, Ц2, Ц3,
Ц4 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 электротехнических элементов, объектов и систем с использованием современных средств
автоматизации проектных разработок (Ц1);
– к организационно-управленческой деятельности, связанной с управлением персоналом,
принятием решений и мобилизацией коллектива на выполнение комплексных задач на предприятиях, организациях и учреждениях электротехнической отрасли (Ц2);
– к научно-исследовательской деятельности, в том числе в междисциплинарных областях,
связанной с математическим моделированием процессов в электромеханических системах и
объектах, проведением экспериментальных исследований и анализом их результатов (Ц3);
– к производственной деятельности в сфере эксплуатации, монтажа и наладки, сервисного
обслуживания и испытаний, диагностики и мониторинга электротехнического оборудования в
соответствии с профилем подготовки с соблюдением требований защиты окружающей среды,
обеспечения здоровья персонала и безопасности производства (Ц4);
– к самостоятельному обучению и освоению новых знаний и умений для реализации своей
профессиональной карьеры (Ц5).
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Теория электропривода» относится к «Профессиональному циклу» вариативной части модуля «Электротехника»; профиль – «Электропривод и автоматика».
Указанная дисциплина является одной из важнейших для указанного профиля; имеет как
самостоятельное значение, так и является базой для решения задач по системам управления
электроприводами и автоматизированными электроприводами общепромышленных механизмов, в том числе в составе АСУ ТП.
Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:
знать:
законы электротехники, механики, Ньютона; физические свойства механической части
электропривода; закономерности и принципы электромеханического преобразования энергии
машин постоянного и переменного тока; математическое описание механической части электропривода и электромеханических преобразователей энергии;
уметь:
рассчитывать параметры электромеханических преобразователей постоянного и переменного тока, их электромеханические и механические характеристики, энергетические показатели, контролировать правильность получаемых данных и выводов.
иметь опыт:
расчета характеристик и параметров для простейших схем замещения электромеханических преобразователей и систем электропривода; применения современных информационных
технологий и пакетов прикладных программ для моделирования и расчета электропривода в
2
различных статических и переходных режимах; экспериментального исследования электропривода, интерпретирования и обработке экспериментальных данных и сопоставление их с теоретическими положениями.
Пререквизитами данной дисциплины являются: «Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Силовая электроника», «Теория автоматического управления»,
«Электрический привод», «Электрические машины», «Электрические и электронные аппараты».
Кореквизитами являются: «Системы управления электроприводов», «Микропроцессорные средства в электроприводе», «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов», «Монтаж, наладка и диагностика общепромышленных электроприводов»
3. Результаты освоения дисциплины
Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им свободно:
– формулировать требования к электроприводу, с точки зрения технической реализации,
как к основному элементу промышленной установки;
– обладать практическими навыками расчета статических характеристик, переходных
процессов и нагрузочных диаграмм электропривода;
– использовать методы расчета и выбора мощности двигателей и преобразователей, как
основных элементов электропривода;
– использовать методы проверки двигателей и преобразователей на нагрев;
– использовать методы анализа энергетических показателей регулируемых электроприводов;
– описывать математическими уравнениями статические и динамические процессы в
электроприводе;
– объяснять характер процессов и зависимостей и оценивать показатели качества регулирования координат электропривода;
– анализировать влияние изменений параметров, настроек системы и внешних воздействий на работу электропривода и механизма;
– проектировать один из основных типовых регулируемых электроприводов;
– производить монтаж, наладку, настройку и обслуживание типового электропривода.
Уровень освоения дисциплины должен позволять бакалаврам с использованием технической литературы решать типовые задачи расчета основных типов автоматизированного электропривода, в том числе в составе АСУ ТП с использованием профессиональных программных
комплексов.
В соответствии с поставленными целями после изучения дисциплины «Теория электропривода» бакалавры приобретают знания, умения и опыт, которые определяют результаты
обучения согласно содержанию основной образовательной программы: Р2, Р3, Р6, Р7, Р8, Р12,
Р13*. Соответствие знаний, умений и опыта указанным результатам представлено в таблице
№ 1.
3
Таблица № 1
Декомпозиция результатов обучения
Формируемые
компетенции в
соответствии с
ООП*
З.3.2;
З.7.4;
З.8.4;
У.2.1;
У.7.1;
У.8.3;
У.12.1;
У.12.2.
В.3.1;
В.3.2;
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины бакалавр должен
знать:
- современные тенденции развития технического прогресса;
- знать классификацию, назначение, техническую реализацию электроприводов и понимать общие физические закономерности электропривода и
особенности взаимодействия основных устройств электромеханической
системы;
- знать модели структурных схем механической части электропривода,
электромеханических преобразователей энергии и электромеханической
системы; общие свойства разомкнутых и замкнутых по основным координатам электромеханических систем и понимать способы управления
момента, скорости и положения электропривода;
В результате освоения дисциплины бакалавр должен
уметь:
- применять компьютерную технику и информационные технологии в своей
профессиональной деятельности;
- применять методы математического анализа при проведении научных исследований и решении прикладных задач в профессиональной сфере;
- 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;
- планировать эксперименты для решения определенной задачи профессиональной деятельности;
- использовать полученные знания при решении практических задач по проектированию, монтажу, регулировке, испытанию и сдачи в эксплуатацию
современного электропривода, правильной эксплуатации и обслуживанию
электропривода, применению современных информационных технологий и
пакетов прикладных программ для экспериментального исследования на
модели электропривода в различных статических и переходных режимах;
- оформлять результаты расчёта и анализа в соответствии с требованиями ЕСКД.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть опытом:
- 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;
4
В.6.1;
В.8.1;
В.8.3;
В.8.4;
В.8.5.
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;
- проектирования электроприводов любого назначения в различной технической реализации для промышленных установок.
*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.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Общекультурные:
- способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и
выбору путей ее достижения (ОК-1);
- готовностью к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
- способностью и готовностью владеть основными методами, способами и средствами
получения, хранения, переработки информации, использовать компьютер как средство работы с
информацией (ОК-11);
- способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);
2. Профессиональные:
– способностью и готовностью использовать информационные технологии, в том числе
современные средства компьютерной графики в своей предметной области (ПК-1);
– способностью и готовностью анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
- способность разрабатывать простые схемы аналоговой, импульсной и цифровой
электроники для электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);
– готовностью использовать информационные технологии в своей предметной области
(ПК-10);
- способность использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных
цепей постоянного и переменного тока электромеханических преобразователей и систем (ПК11);
- способность графически отображать геометрические образы изделий и объектов
электронных схем и систем (ПК-12);
- готовность обосновывать принятие конкретного технического решения при создании
схем управления и силовых устройств электропривода промышленной установки (ПК-14);
5
- способность рассчитывать электронные схемы и осуществлять выбор элементов для
вторичных цепей, устройств защиты и автоматики электропривода (ПК-15);
- способность рассчитывать режимы работы электроприводов различного назначения
(ПК-16);
- способностью использовать технические средства для измерения
основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов
и систем и происходящих в них процессов (ПК-18);
– способностью использовать современные информационные технологии, управлять
информацией с использованием прикладных программ деловой сферы деятельности; использовать сетевые компьютерные
технологии, базы данных и пакеты прикладных программ в своей предметной деятельности (ПК-19);
– готовностью обосновывать технические решения при разработке
технологических процессов и выбирать технические средств с учетом условий их применения (ПК-21);
– готовностью определять и обеспечивать эффективные режимы работы электропривода
в технологическом процессе по заданной методике (ПК-23);
– способностью анализировать технологический процесс как объект управления (ПК28);
– готовностью обеспечивать соблюдение заданных параметров технологического процесса и качество в вырабатываемой продукции посредством оптимального управления электроприводом (ПК-37);
– готовностью планировать экспериментальные исследования (ПК-40);
– готовностью понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде
(ПК-41);
– способностью выполнять экспериментальные исследования по заданной методике,
обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44);
– способностью к монтажу, регулировке, испытаниям и сдаче в эксплуатацию электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-46);
– готовностью к наладке, и опытной проверке электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-47).
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
Таблица № 2
Аудиторная работа (час.)
Название разделов
Лекц.
Практич.
занятия
Лаб. зан.
СРС
(час.)
Итого
(час.)
Формы текущего
контроля и аттестации
Тестирование
1. Введение. Основные понятия и
определения. Современный электропривод и направления его развития
1
1
(входной
контроль)
-
-
2
2. Механика электропривода
5
5
2
10
22
2.1.Основные законы механики
электропривода. Обобщенные расчетные схемы механической части
электропривода
2
1
-
2
5
6
Устный опрос
2.2. Уравнения движения связанных масс электропривода при постоянном и переменном передаточном числе, радиусе приведения
и инерционных массах
2.3. Динамические характеристики жесткого механического звена.
Динамические характеристики
многомассовой механической системы
2.4. Механическая часть электропривода как объект управления.
Структурные схемы и передаточные функции
3. Математическое описание
электромеханических преобразователей энергии
3.1. Обобщенное математическое
описание динамических процессов электромеханического преобразования энергии
3.2. Уравнения и структурные
схемы электромеханического преобразователя с независимым возбуждением.
3.3 Уравнения и структурные схемы электромеханического преобразователя последовательного
возбуждения
3.4. Уравнения и характеристики
асинхронных и синхронных электромеханических преобразователей.
4. Динамика, энергетика электромеханических систем и основы выбора мощности электропривода
4.1. Динамические свойства электропривода с линейной механической характеристикой при жестких
механических связях
4.2. Электромеханические переходные процессы электропривода
с линейной механической характеристикой при 0 =const
4.3. Электромеханические переходные процессы электропривода
с линейной механической характеристикой при 0 f (t )
4.4. Энергетика электропривода
4.5. Основы выбора мощности
электропривода
5. Основные системы регулируемого электропривода постоянного и переменного тока
1
1
-
2
4
Устный опрос
1
1
-
2
4
Устный опрос
1
2
2
4
9
Устный опрос
Отчёт по ЛБ
10
6
4
12
32
2
2
-
3
7
Устный опрос
2
1
2
3
8
Устный опрос
Отчет по ЛБ
2
1
-
3
6
Устный опрос
4
2
2
3
11
Устный опрос
Отчет по ЛБ
6
6
10
22
44
1
1
4
6
12
Устный опрос
Отчет по ЛБ
1
1
2
6
10
Устный опрос
Отчет по ЛБ
1
1
2
3
7
Устный опрос
Отчет по ЛБ
1
1
2
3
7
Устный опрос
Отчет по ЛБ
2
2
-
4
8
Устный опрос
14
9
11
28
62
7
5.1 Система «Генератордвигатель»
5.2. Импульсный электропривод
Устный опрос
Отчет по ЛБ
Устный опрос
Отчет по ЛБ
Устный опрос
Отчет по ЛБ
Устный опрос
Отчет по ЛБ
2
1
2
2
7
2
2
2
4
10
2
2
2
4
10
2
2
4
4
12
2
2
-
4
8
Устный опрос
1
-
-
2
3
Устный опрос
1
-
-
4
5
Устный опрос
1
-
-
2
3
Устный опрос
5.9. Основы выбора системы электропривода
1
-
1
2
4
Устный опрос
Отчёт по ЛБ
Итого
36
27
27
72
162
5.3. Система «Управляемый выпрямитель – двигатель»
5.4.Система «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель»
5.5. Каскадный электропривод
5.6. Асинхронный электропривод
двойного питания
5.7. Обобщенная система «Управляемый преобразователь – двигатель»
5.8. Регулирование положения
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.2 Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Основные положения курса
Основные понятия и определения. Современный электропривод и направления его развития.
(1 час)
Раздел 2. Механика электропривода
Механическая часть силового канала электропривода. Основные законы механики электропривода. Обобщенные расчетные схемы механической части электропривода. Уравнения
движения связанных масс электропривода при постоянном и переменном передаточном числе,
радиусе приведения и инерционных массах. Динамические характеристики жесткого механического звена. Динамические характеристики многомассовой механической системы. Механическая часть электропривода как объект управления. Структурные схемы и передаточные функции.
(5 часов)
Раздел 3. Математическое описание электромеханических преобразователей энергии
3.1.Обобщенное математическое описание динамических процессов электромеханического преобразования энергии. Исходные уравнения. Координатные и фазные преобразования
уравнений обобщенной машины. Комплексная форма записи уравнений. Общие сведения о характеристиках двигателей.
3.2.Уравнения и структурные схемы электромеханического преобразователя с независимым возбуждением. Каналы управления полем и цепью якоря, их особенности. Естественные и
искусственные статические электромеханические и механические характеристики. Влияние
реакции якоря.
3.3.Уравнения и структурные схемы электромеханического преобразователя последовательного возбуждения. Естественные и искусственные статические электромеханические и механические характеристики. Их анализ и влияние параметров. Режимы работы, динамические
свойства. Особенности электромеханического преобразователя со смешанным возбуждением.
8
3.4.Уравнения и характеристики асинхронных и синхронных электромеханических преобразователей. Математическое описание процессов электромеханического преобразования
энергии в асинхронном двигателе. Статические характеристики и динамические свойства асинхронного электромеханического преобразователя при питании от источника напряжения. Статические характеристики и динамические свойства асинхронного электромеханического преобразователя при питании от источника тока. Электромеханические свойства синхронных двигателей.
(10 часов)
Раздел 4. Динамика, энергетика электромеханических систем и основы выбора
мощности электропривода
4.1.Общие положения. Обобщенная структурная схема в электромеханической системе с
линеаризованной механической характеристикой. Динамические свойства электропривода с
линейной механической характеристикой при жестких механических связях. Устойчивость
установившегося режима. Понятие о демпфирующей особенности электропривода с упругой
связью.
4.2.Переходные процессы электропривода и методы их анализа. Электромеханические
переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при неизменной частоте вращения холостого хода, электромеханические переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при частоте вращения холостого хода, изменяемой во времени. Структурные схемы электропривода постоянного тока. Особенности переходных процессов при изменении магнитного потока двигателя с независимым возбуждением. Электромеханические переходные процессы в электроприводах с асинхронными двигателями. Динамика электропривода с синхронным двигателем.
4.3. Энергетика электропривода и основы выбора мощности электропривода. Коэффициент мощности асинхронного двигателя. Потери энергии при пуске, реверсе и торможении электропривода. Способы снижения потерь. Выбор мощности электропривода. Общие положения.
Нагрузочные диаграммы электроприводов и методы их построения. Номинальные режимы работы двигателей. Паспортные данные как основа выбора двигателя. Методы эквивалентирования по нагреву различных режимов работы электропривода. Расчет мощности и выбор двигателей по нагреву и перегрузочной способности при различных режимах работы. Выбор мощности резисторов и преобразователей.
(6 часов).
Раздел 5.Основные системы регулируемого электропривода постоянного и переменного тока
5.1.Система «Генератор-двигатель»: функциональная схема, электромеханические и механические характеристики, структурная схема разомкнутой системы Г-Д, форсирование процесса возбуждения, экономичность.
5.2.Импульсный электропривод: принцип работы, электромагнитные процессы при импульсном регулировании, статические характеристики в режимах прерывистого и непрерывного токов, реверсивные схемы, экономичность.
5.3.Система «Управляемый выпрямитель – двигатель»: статические характеристики, реверсивные электроприводы. Коэффициент мощности, влияние высших гармонических и промышленных помех. Структурная схема, экономичность.
5.4.Система «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель». Общие законы частотного регулирования, структурная схема, экономичность. Принцип ориентирования по полю
двигателя при частотном управлении. Частотное регулирование момента асинхронного электропривода.
9
5.5.Каскадный электропривод: принцип работы, статические электромеханические и механические характеристики, вентильный и машинно-вентильный каскады, структурная схема,
экономичность, каскадные схемы с импульсным регулированием.
5.6.Асинхронный электропривод двойного питания. Надсинхронный вентильный каскад.
Асинхронный электропривод с тиристорными регуляторами напряжения.
5.7.Обобщенная система «Управляемый преобразователь – двигатель». Связь показателей регулирования с ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования. Стандартные настройки регулируемого электропривода. Анализ механических характеристик и динамические свойства
электропривода при стандартной настройке контура регулирования тока. Свойства электропривода при настройке контура регулирования скорости на технический оптимум. Свойства электропривода при настройке контура регулирования скорости на симметричный оптимум.
5.7. Регулирование положения. Точный останов электропривода. Автоматическое регулирование положения по отклонению. Понятие о следящем электроприводе.
5.8.Основы выбора системы электропривода. Энергетическая эффективность электропривода. Особенности энергетики вентильных электроприводов. Надежность регулируемого
электропривода.
(14 часов)
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
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
З.3.2
З.7.4
З.8.4
З.13.1
У.2.1
У.7.1
У.8.3
У.12.1
У.12.2
В.3.1
В.3.2
В.6.1
В.8.1
В.8.3
В.8.4
В.8.5
2
3
4
5
х
х
x
х
х
х
х
х
x
x
x
x
x
x
x
x
х
x
x
x
x
x
x
x
х
x
х
х
x
x
х
х
x
x
х
х
x
x
x
x
x
x
6
х
x
10
x
х
x
x
x
x
x
x
x
х
х
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, курсовое проектирование, 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
x
x
Опережающая самостоятельная работа
Методы IT
x
Междисциплинарное обучение
x
x
Проблемное обучение
Обучение на основе опыта
x
x
Исследовательский метод
СРС
КП
x
x
x
x
x
x
x
x
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:
11
– 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:
– выполнение курсового проекта;
– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конкурсах, конференциях,
семинарах и олимпиадах;
– анализ научных публикаций по тематике, определенной преподавателем;
– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит, в проработке лекционного материала и некоторых разделов дисциплины, подготовке к лабораторным работам и защите отчетов по лабораторным работам, выполнении контрольных работ по основным модулям дисциплины и разделов курсового проекта согласно рейтинг-плана. Кроме того, студенты принимают
участие в исследовательской деятельности по направления научных исследований, проводимых
на кафедре.
Примерный перечень научных проблем и направлений научных исследований:
– Разработка, теоретические и экспериментальное исследование структур и алгоритмов регулирования электроприводов переменного тока с прямым микропроцессорным управлением.
– Адаптивное управление технологическими процессами и электромеханическими системами.
– Емкостные преобразователи электромеханических систем.
– Разработка интеллектуальных электроприводов и микропроцессорных систем управления
для робототехнических систем.
– Разработка интеллектуальных электроприводов для нефтяной и газовой промышленности.
– Электропривод колебательного движения на базе электрических машин углового и линейного движения.
– Программно-аппаратные комплексы для бесконтактного контроля механического и теплового состояний элементов электроприводов, машин и механизмов.
Наиболее эффективной формой самостоятельной работы является выполнение курсового
проекта. Целью курсового проекта является закрепление и систематизация знаний по теории
электропривода, развитие навыков самостоятельной работы с использованием специальной
технической литературы.
Курсовой проект выполняется по нескольким темам с индивидуальным заданием для каждого студента. Исходными данными для проекта являются техническая характеристика производственного механизма, тип преобразователя, жесткость механической связи двигатель – механизм.
2. Темы курсовых проектов:
Регулируемый электропривод производственного механизма по системе ПЧ – АД с к.з.
ротором;
12
Регулируемый электропривод производственного механизма по схеме АВК;
Регулируемый электропривод производственного механизма по системе ТП – Д;
Регулируемый электропривод производственного механизма с вентильным двигателем;
Регулируемый электропривод производственного механизма по системе ТРН – АД с к.з.
ротором;
Регулируемый электропривод производственного механизма по системе ИРН – Д;
Проект состоит из пояснительной записки и графической части в виде презентации на
слайдах. Объем курсового проекта: пояснительная записка - 30-40 страниц формата А4.
Оформление пояснительной записки и чертежей должно соответствовать требованиям ЕСКД.
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
Электромеханические переходные процессы в электроприводе с учетом механической и
электромагнитной инерционности.
Переходные процессы в электромеханических системах с упругими связями.
Возможные способы пуска электродвигателей в электроприводах постоянного и переменного тока.
Реостатное, импульсное и релейное регулирование момента.
Частотное регулирование момента асинхронного электропривода.
Выбор мощности резисторов и преобразователей.
Основы выбора системы электропривода. Энергетическая эффективность электропривода.
6.4. Контроль самостоятельной работы студентов
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных разделов
дисциплины осуществляется посредством:
– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;
–защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям;
– еженедельное представление выполненного материала по курсовому проекту и его
публичная защита;
– результатов ответов на контрольные вопросы;
– опроса студентов на практических занятиях.
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтингпланом, предусматривающем 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, сайта кафедры и преподавателя
www.tpu.ru.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Текущий контроль уровня знаний и умений по теоретическому разделу дисциплины
(лекциям) осуществляется после изучения таких разделов, как «Механика электропривода»,
«Динамика, энергетика электромеханических систем и основы выбора мощности электропривода», «Основные системы регулируемого электропривода постоянного и переменного тока».
При этом контроле предлагается написать ответы на несколько вопросов по материалу модуля.
Текущий контроль уровня знаний и умений по практическому разделу дисциплины и лабораторным работам осуществляется на практических занятиях и в процессе допуска к выпол-
13
нению исследования того или иного электропривода в каждой лабораторной работе, а также
при проведении исследований. Затем уровень знаний и умений оценивается по отчету, выполняемому студентом по каждой лабораторной работе. После выполнения лабораторных работ по
каждому из разделов дисциплины проводится персональная защита отчетов по каждой из лабораторных работ.
Текущий контроль уровня знаний и умений по курсовому проектированию ведется постоянно, оценивая правильность принимаемых решений и выполняемых расчетов разделов курсового проекта, как на аудиторных занятиях, так и на консультациях.
Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных разделов разработаны и
используются следующие средства:
– контрольные вопросы по отдельным темам и разделам;
– комплект заданий по теоретическим и практическим вопросам в тестовой форме;
– комплект задач для закрепления теоретического материала;
– перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее актуальным вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины.
Для промежуточной аттестации подготовлен комплект билетов; билеты содержат два теоретических вопроса и задачу. Для защиты курсовой работы имеется перечень контрольных вопросов, защита осуществляется в форме публичного выступления.
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Теоретический вопрос.
2. Теоретический вопрос.
3. Расчетная задача.
Контрольная работа.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. Номинальные режимы работы двигателей.
2. Уравнение Лагранжа-метод математического описания динамических процессов в
механической части привода (на примере двухмассовой упругой механической системе).
3. Задача.
В изображенной системе коэффициент форсировки =3, Rв=50 Ом. Сопротивление R
составляет:
ОВД
+
ОВГ
+
Lв
Г
-
R
Д
Rв
а) R=50 Ом
б) R=100 Ом
в) R=150 Ом
г) мало данных
14
Контрольная работа:
Билет № __
1. Дайте определение жесткости статической механической характеристики двигателя и
механизма и напишите выражения для расчета коэффициента жесткости соответствующих характеристик.
2. Дайте определение устойчивости установившегося движения электропривода и
напишите условие устойчивости этого движения.
3. Тестовый вопрос: Время торможения электропривода от =o до =0 будет наименьшим при торможении двигателя:
ω
б
ωс
а
в
Мс
М
0
а) по характеристике а
б) по характеристике б
в) по характеристике в
8. Учебно – методическое и информационное обеспечение дисциплины
Учебно-методическое обеспечение теоретического раздела дисциплины (лекций) базируется на учебниках и учебных пособиях издательств «Энергоатомиздат», «Высшая школа»,
имеющихся в научно-технической библиотеке ТПУ в достаточном количестве, а также подкреплено учебными пособиями и методическими указаниями по изучению дисциплины, разработанными сотрудниками кафедры «Электропривод и электрооборудование» и изданными в
ТПУ. Учебно-методическое обеспечение лабораторных работ полное. Методические указания
по выполнению лабораторных работ изданы в 2004, 2005, 2006 и 2007 г.г. общим тиражом 600
экз. При подготовке к выполнению каждой лабораторной работы имеется возможность осуществлять самоконтроль по прилагаемым в них вопросам. В 2010 году выпущено новое учебное пособие по дисциплине.
Основная литература по дисциплине:
1. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.
2. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982. 392 с.
3. Водовозов В.М. Теория и системы электропривода: Учебное пособие. – СПб, Издательство СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. – 306 с.
4. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. – М.: Энергоатомиздат,
1992. – 544 с.
5. Москаленко В.В. Электрический привод.– М.: Академия.– 2004. – 368 с.
6.
7. Следящие приводы: В 2 т. Т. 1. Теория и проектирование следящих приводов. – М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 904 с.
8. Следящие приводы: В 3 т. 2-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Б.К. Чемоданова. Т. 2. Электрические следящие приводы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 880 с.
15
Дополнительная литература по дисциплине:
1. Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый
электропривод (монография). В 2 кн. – М.: Энергоатомиздат, 1997, Кн. 1 – 508 с., Кн. 2 –
497 с.
2. Бекишев Р.Ф. Основы электропривода: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002. –
171 с.
3. Бекишев Р.Ф., Дементьев Ю.Н., Качин С.И. Основы электропривода: Сборник задач, ч.2.
Томск Издательство Томского политехнического университета, 2003. 32 с.
4. Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых
производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов. – М.:
Академия, 2004. – 576 с.
5. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. – СПб.: Энергоатомиздат, 1992. – 288 с.
6. Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим
управлением (монография). – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 224 с.
7. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия,
1974. 165 с.
8. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями (монография).
9. Булгаков А.А. Вентильная электромеханика (монография). М.: Наука, 1993. 284 с.
10. Бургин Б.Ш. Системы управления электроприводами: Лекции для студентов. – Новосибирск: Издательство Новосибирского электротехнического института, 1991. – 115 с.
11.
432 с.
12. Вольдек А.И. Электрические машины. М. Энергия, 1974. – 782 c.
13. Глазенко Т.А., Хрисанов В.М. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного
14. Глазенко Т.А., Гончаренко В.Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. М. Энергия, 1960. 161 с.
15. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины. Лабораторные работы на
ПК. СПб КОРОНА16. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab
6.0 Учеб. пособие. СПб КОРОНА-принт, 2001. 320 с.
17. Герман-Галкин С.Г. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями.
18. Грузев Л.Н. Методы математического исследования электрических машин. М.: Госэнергоиздат, 1953. 264 с.
19. Грузов В.Л. Вентильные преобразоват
92 с.
20. Грузов В.Л. Управление электроприводами с вентильными преобразователями: Учебное
пособие. Вологда: ВоГТУ, 2003. 294 с.
21. Грузов В.Л., Сабинин Ю.А. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. Л.: Энергия, 1970. 135 с.
22. Деруссо П., Рой Ф., Клоиз Ч. Пространство состояний в теории управления. М.: Наука,
1970. – 620 с.
23. Загорский А.Е. Электродвигатели переменной частоты. М.: Энергия, 1975. – 152 с.
24. Загорский А.Е., Шакарян Ю.Г. Управление переходными процессами в электрических
машинах переменного тока. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 126 с.
25. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М. Энергия, 1980. 928 с.
16
26. Картер И.И. Преобразовательные устройства в системах электроснабжения. Саратов:
Изд-во СГУ, 1989. 102 с.
27. Ковчин С.А., Сабинин Ю.Д. Теория электропривода: Учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат, 2000. 496 с.
28. Конев Ф.Б., Ярлыкова Н.Е. Методы численного решения систем дифференциальных
уравнений, применяемые в цифровых моделях вентильных преобразователей. М.: Информэлектро, 1978. 76 с.
29. Кононенко Е.В., Сипайлов Г.А., Хорьков К.А. Электрические машины (спец. курс):
Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1975. – 279 с.
30. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. 248 с.
31. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2002. 606
с.
32. Кривицкий С.О., Эпштейн И.И. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с
автономными инверторами. М.: 1970. 152 с.
33. Львович А.Ю. Элект
34. Мартыненко Ю.Г. Аналитическая динамика электромеханических систем. М.: МЭИ,
1984. 62 с.
35. Мизюрин С.Р. Динамика и регулирование электромеханических преобразователей энергии. М.: МАИ, 1981. 50 с.
36. Микеров А.Г., Джанхотов В.В. Малые электрические машины и приводы: Учебное пособие. – СПб, Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. – 68 с.
37. Онищенко Г.Б., Аксенов М.И., Грехов В.П., Зарицкий М.Н., Куприков А.В., Нитиевская
А.И. Автоматизированный электропривод общепромышленных установок. М.: РАСХН,
2001. 520 с.
38. Петров И.И., Мейстель А.М. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М.: Энергия, 1968. 256 с.
39.
40. Рудаков В.В., Столяров И.И., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным
41. Сабинин Ю.А. Позиционные и следящие электромеханические системы: Учебное посо42. Сабинин Ю.А., Грузов В.Л. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы (монография). Л.: Энергоатомиздат, 1985. 128 с.
43. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными дви44. Сафонов Ю.М. Электропривода промышленных роботов (монография). – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 176 с.
45. Соколов М.М., Петров П.П., Масандилов Л.Б., Ладензов В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. –М.: Энергия, 1967. 198 с.
46. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева, А.В.
Шинянского. – М.: Энергоиздат, 1983. –616 с.
47. Справочник по электрическим машинам. В 2 т. / Под ред. И.П. Копылова, Б.К. Клокова.
– М.: Энергоатомиздат, 1988. Т. 1 – 456 с., Т. 2 – 688 с.
48. Суптель А.А. Асинхронный частотно-регулируемый электропривод (монография). – Чебоксары: ЧГУ, 2000. – 152 с.
49. Фираго Б.И. Непосредственные преобразователи частоты в электроприводе (монография). – Минск: издательство «Университетское», 1990. – 255 с.
17
50. Фролов Ю.М. Обобщенная электрическая машина в электроприводе: Учебное пособие. –
Воронеж: ВГТУ, 2001. – 171 с.
51.
ргоиздат, 1981. – 576 с.
52. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 4. Использование электрической энергии /
Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – 8-е изд.,
испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 696 с.
53. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока (монография). –
М.: Энергоатомиздат, 1982. – 189 с.
54. Boldea, I. and Nasar, S.A. Electric Drives. – CRC Press, Boca Raton, EL, 1999.
55. Bose, B.K. Modern Power Electronics and AC Drives. – Prentice Hall, Engelwood Clifts, N.J,
2001.
56. Kazmierkowski, M.P., Krishnan, R. and Blaabjerg, F. Control in Power Electronics. – Academic Press, 2002. – 518 p.
57. Krishnan, R. Electric Motor Drives: Modeling, Analysis, and Control. – Prentice Hall, 2001.
58. Mohan, N. Electric Drives (An Integrative Approach). – Willey and Sons, 2003.
59. Novotny, D.W. and Lipo, T.A. Vector Control and Dynamics of A. C. Drives. – Clarendon
Press: Oxford, 1998. – 439 p.
60. Shetty, D. and Kolk, R. Mechatronics System Design. – PWS Publishing Co., Boston, MA,
1997. – 422 p.
61. Vas, P. Vector Control of A. C. Machines. – Oxford University Press, N.Y., 1990.
62. Vas, P. Sensorless Vector and Direct Torque Control. – Oxford University Press, Oxford, 1998.
63. Yamamura, S. Spiral Vector Theory of AC Circuits and Machines. – Oxford University Press,
N.Y., 1992. – 132 p.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Методические указания и учебно-методическое обеспечение курсового проекта:
Дементьев Ю.Н., Семенов С.М., Боровиков Ю.С. Лабораторный практикум к выполнению лабораторных работ по курсам электропривода и электрооборудования для студентов бакалаврского и инженерного уровней всех форм обучения. – Томск: Издательство
Томского политехнического университета, 2004. – 90 с.
Дементьев Ю.Н., Семенов С.М., Боровиков Ю.С. Лабораторный практикум к выполнению работ по курсу «Теория электропривода» для студентов направления 14.06.00 и
специальности 14.06.04. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2005. – 143 с.
Yu.S. Borovikov, Yu.N. Dementjev, K.V. Obraztsov, S.M. Semenov ELECTRIC DRIVE: Laboratory guide. – Tomsk: Published by Tomsk Polytechnic University, 2006. – 91 p.
Дементьев Ю.Н., Семенов С.М., Боровиков Ю.С., Качин С.И. Лабораторный практикум
к выполнению лабораторных работ по курсам электропривода и электрооборудования. –
Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. – 139 с.
Чернышев А.Ю., Кояин Н.В. Проектирование автоматизированных электроприводов:
Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004,– 103 с.
Удут Л.С., Мальцева О.П, Кояин Н.В. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч.1. Введение в технику регулирования линейных систем. Ч.2.
Оптимизация контура регулирования: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2000. – 144
с.
Удут Л.С., Кояин Н.В., Мальцева О.П, Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч.3. Электрические машины постоянного тока в системах автоматизированного электропривода: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2001. –
120 с.
18
8. Удут Л.С., Кояин Н.В., Мальцева О.П, Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч.4. Тиристорные преобразователи для электроприводов постоянного тока: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 152 с.
9. Кояин Н.В., Удут Л.С., Мальцева О.П, Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Ч.5. Применение программы DORA-FUZZY в расчетах электроприводов постоянного тока: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 156 с.
10. Удут Л.С., Мальцева О.П., Кояин Н.В. Проектирование автоматизированных тиристорных электроприводов постоянного тока: Учебное пособие по курсовому проектированию. – Томск, изд. ТПИ, 1991.- 104 с.
11. Фролов Ю.М., Романов А.В. Автоматизированное проектирование электроприводов:
Учебное пособие. – Воронеж: ВГТУ, 2003. – 200 с.
9. Материально – техническое обеспечение дисциплины
При изучении дисциплины используется оборудование:
1. Технические средства: компьютер, проектор – при чтении лекций, для этого разработано и выполнено 2500 слайдов в PowerPoint.
2. Лабораторные стенды «Электрический привод» ЭП1-С-К – 5 шт, на которых проводятся
следующие исследовательские работы:
• Неавтоматизированные электроприводы(7 работ);
• Автоматизированные электроприводы с управлением от компьютера(7 работ).
Аппаратная часть стендов выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:
спроектированные с учебными целями натурные аналоги электрических машин, трансформаторов и элементов электрических цепей; источники питания; измерительные преобразователи и
приборы; персональный IBM-совместимый компьютер со встроенной платой ввода/вывода
данных фирмы National Instruments.
Программная часть стенда включает: программную среду персонального компьютера
(Windows всех версий, начиная с Windows 98);разработанные регистраторы режимных параметров машин постоянного и переменного тока, пульты управления электроприводами, виртуальный осциллограф.
Кроме того, в лаборатории электропривода и автоматического управления имеются плакаты основных типовых систем электроприводов переменного и постоянного тока с механическими и электромеханическими характеристиками и основными выражениями, описывающие
данные системы электропривода.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и профилями подготовки: «Электромеханика», «Электрические и электронные аппараты», «Электропривод и автоматика», «Электрооборудование автомобилей и тракторов», «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений», «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника».
Программа одобрена на заседании кафедры «Электропривода и электрооборудования»
(протокол №
от « » сентября 2011 г.).
Автор Дементьев Ю.Н.., к.т.н., доцент
Рецензент Кладиев С.Н., к.т.н., доцент
19
