Документ 248705

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 210100
декан ЭФ проф. В.А. Шпенст
_______________________
Зав. кафедрой ЭЭЭ
проф. А.Е. Козярук
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника
Профиль подготовки: Электропривод и автоматика
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. ЭЭЭ А.В.Каган
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины: Основной целью дисциплины является формирование у студентов теоретической базы по современным электромеханическим преобразователям энергии, которая позволит им успешно решать теоретические и практические задачи в
их профессиональной деятельности, связанной с проектированием, испытаниями и
эксплуатацией электрических машин.
Для достижения поставленной цели необходимо научить студентов:
- классифицировать электрические машины и описывать сущность происходящего
в них электромеханического преобразования энергии;
- самостоятельно проводить расчеты по определению параметров и характеристик
электрических машин;
- проводить элементарные испытания электрических машин.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Дисциплина относится к вариативной части
профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Электропривод и автоматика» направления 210100.62 Электроника и
наноэлектроника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Физика»,
«Теоретические основы электротехники» и предшествует изучению следующих дисциплин: «Электрический привод», «Математические модели и расчет электромеханических
систем», «Проектирование систем электропривода».
Входные умения и компетенции студента.
- способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и
выбору путей ее достижения (ОК-1);
- готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в
рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
- способность
владеть
основными
методами,
способами
и
средствами
получения, хранения, переработки информации, готовностью использовать компьютер как
средство работы с информацией (ОК-11).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способность и готовность анализировать научно-техническую информацию,
изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
- способность разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и
электротехнических объектов (ПК-9);
- способность 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 области (ПК-19);
- способность применять методы испытаний электрооборудования и объектов
электроэнергетики и электротехники (ПК-43).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать и понимать принцип действия современных типов электрических машин,
знать особенности их конструкции, уравнения, схемы замещения и характеристики; иметь
общее представление о проектировании, испытаниях и моделировании электрических машин;
Уметь использовать полученные знания при решении практических задач по проектированию, испытаниями и эксплуатации электрических машин.
Владеть: навыками элементарных расчетов и испытаний электрических машин.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _______8____ зачетных единиц.
Вид учебной работы
Всего часов
Семестры
3
4
54
51
-
-
70
36
34
Лабораторные работы (ЛР)
35
18
17
Самостоятельная работа (всего)
183
77
52
54
-
-
-
Аудиторные занятия (всего)
105
В том числе:
-
Лекции
5
-
-
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
В том числе:
-
Курсовой проект (работа)
54
Расчетно-графические работы
85
51
34
44
26
18
Зач
Экз
Защ
288
131
103
54
8
3,6
2,9
1,5
-
54
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
1. Введение
Общие вопросы электромеханического преобразования энергии. Актуальные проблемы электромеханики. Роль электрических машин (ЭМ) в современной технике. История создания и тенденции развития электрических машин. Основные требования безопас-
ности при разработке и эксплуатации машин. Классификация электрических машин. Эксплуатационные требования.
Основные законы электромеханики. Максимальный КПД, обратимость ЭМ, магнитные поля статора и ротора в установившемся режиме.
Физические законы, лежащие в основе принципа работы электрических машин.
Закон электромагнитной индукции. Закон электромагнитной силы.
2. Коллекторные машины постоянного тока
Принцип действия и конструкции машин постоянного тока. Номинальные данные
и режимы работы. Обмотка якоря машины постоянного тока. Петлевые обмотки и их расчет. Волновые обмотки и их расчет. Уравнительные соединения. Условия симметрии
якорных обмоток машин постоянного тока. ЭДС и электромагнитный момент якоря машины постоянного тока. Машинная постоянная Арнольда.
Уравнения напряжения якоря машины постоянного тока для генераторного и двигательного режимов. Работа машины постоянного тока на холостом ходу. Магнитная цепь
и составляющие МДС для создания основного потока машины постоянного тока.
Работа машины постоянного тока под нагрузкой. Магнитный поток реакции якоря
и его влияние на магнитное поле машины. Компенсационные обмотки для компенсации
потока реакции якоря.
Коммутация тока в секциях обмотки якоря машин постоянного тока. Уравнения
для тока в секции при коммутации. Замедленная и ускоренная коммутация тока. Средства,
применяемые для улучшения коммутации.
Параметры, основные уравнения и характеристики, пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей.
Характеристики генераторов постоянного тока. Внешние, нагрузочные и регулировочные характеристики генераторов постоянного тока с независимым, параллельным и
смешанным возбуждением. Характеристический треугольник.
Потери и КПД машин постоянного тока. Потери холостого хода. Нагрузочные потери. Добавочные потери. Потери в обмотке возбуждения.
Специальные электрические машины. Универсальные коллекторные машины.
Электромашинные усилители с поперечным полем возбуждения.
3. Трансформаторы
Принцип действия и конструкции трансформаторов Силовые трансформаторы.
Однофазные трансформаторы. Основные уравнения и схемы замещения трансформаторов.
Векторные уравнения напряжений первичной и вторичной цепи трансформатора. Приведение величин вторичной цепи трансформатора к первичной и векторные уравнения
трансформатора в приведенных величинах: T-образная схема замещения трансформатора.
Векторная диаграмма трансформатора. Режим холостого хода трансформатора и
векторная диаграмма трансформатора на холостом ходу, параметры холостого хода. Векторная диаграмма трансформатора в режиме к.з. и треугольник к.з. Векторные диаграммы
однофазного трансформатора для индуктивной и емкостной нагрузки. Упрощенные векторные диаграммы однофазного трансформатора.
Характеристики трансформаторов. Определение изменения напряжения трансформатора при сбросе нагрузке по векторной диаграмме трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора. КПД трансформатора и его характеристики.
Трехфазные трансформаторы. Группы соединений трехфазных трансформаторов.
Особенности режимов холостого хода трехфазных трансформаторов при соединении обмоток звездой и треугольником. Параллельная работа трансформаторов.
Специальные типы трансформаторов. Автотрансформаторы. Принцип действия и
устройство однофазных и трехфазных автотрансформаторов. Коэффициент трансформации автотрансформаторов.
4. Асинхронные машины
Принцип действия конструкции, параметры асинхронных машин с фазным ротором
и короткозамкнутым ротором. Эквивалентная схема АД. Приведение роторных величин
асинхронной машины к статорным.
Основные уравнения напряжений цепи статора и цепи ротора асинхронной машины.
Определение значения максимального момента и скольжения, при котором
наступает максимальный момент асинхронной машины. Определение пускового момента
асинхронной машины. Преобразование T-образной схемы замещения в Г-образную.
Характеристики асинхронных двигателей, пуск и торможение. Механические и
рабочие характеристики АД. Пусковые характеристики АД с переменными параметрами.
Переходные процессы в асинхронных машинах.
Регулирование скорости АД. Ступенчатое регулирование скорости АД с короткозамкнутым ротором переключением пар полюсов. Плавное (частотное) регулирование
скорости АД с короткозамкнутым ротором изменением частоты и величины питающего
двигатель напряжения. Каскадное регулирование скорости АД с фазным ротором. Асинхронный генератор. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели. Специальные исполнения асинхронных машин. Асинхронный преобразователь частоты. Асинхронный фазовращатель и асинхронный потенциалрегулятор. Однофазные АД. Конденсаторные АД.
Обмотки машин переменного тока. Основные коэффициенты, характеризующие
обмотки переменного тока: относительный шаг обмотки, коэффициент укорочения, число
пазов на полюс и фазу, коэффициент распределения, обмоточный коэффициент. ЭДС фазной обмотки.
5. Синхронные машины
Принцип действия и конструкции синхронных машин. Неявнополюсные и явнополюсные СМ. Реакция якоря синхронной машины. Поперечные и продольные синхронные сопротивления. Векторные диаграммы синхронной машины. Векторная диаграмма
ЭДС явнополюсной синхронной машины. Векторная диаграмма ЭДС неявнополюсной
синхронной машины. Упрощенные векторные диаграммы. Определение по векторным
диаграммам изменения напряжения, электромагнитной мощности и момента на валу синхронной машины. Угловые характеристики синхронной машины. Перегрузочная способность и ОКЗ синхронной машины. Векторная диаграмма синхронного двигателя.
Характеристики синхронных машин. Характеристики холостого хода и короткого
замыкания Определение ОКЗ по характеристикам холостого хода и короткого замыкания.
Построение диаграмм ЭДС по характеристикам холостого хода и короткого замыкания,
определение изменения напряжения синхронного генератора при сбросе нагрузки.
Характеристики синхронных генераторов.
Основные уравнения и механические и рабочие характеристики синхронных
двигателей.
Асинхронный пуск синхронного двигателя.
Параллельная работа синхронных машин. Схемы синхронизации синхронных
машин с сетью переменного тока. Работа синхронной машины в генераторном режиме
при постоянном токе возбуждения и изменяющемся моменте на валу. Работа синхронной
машины при постоянном моменте на валу и изменяющемся токе возбуждения.
U-образные характеристики регулирования реактивной мощности синхронной
машины посредством изменения тока возбуждения. Системы возбуждения синхронных
машин. Уравнения моментов синхронной машины в переходном режиме при набросе и
сбросе нагрузки.
Потери и КПД синхронных машин. Потери в обмотках статора и ротора, добавочные потери в обмотках. Магнитные потери от переменного тока. Поверхностные и пульсационные потери в щеточном контакте. Вентиляционные и механические потери. Специальные электрические машины.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
Наименование обеспе№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
п/п чиваемых (последуюизучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
щих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
1.
Электрический привод
2.
3.
х
х
х
х
Теория электропривода
х
х
х
Математические моде-
х
х
х
ли и расчет ЭМС
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
х
1.
Введение.
2
2
-
Всего
час.
4
2.
Машины постоянного тока
20
13
44
77
3.
Трансформаторы
14
3
33
50
4.
Асинхронные машины
17
7
88
112
5.
Синхронные машины
17
10
18
45
№
Наименование раздела дисциплины
п/п
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
Семин
СРС
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
1.
Наименование лабораторных работ
Введение. Основные требования безопасности при
Трудоемкость
(час.)
2
эксплуатации машин.
2.
2
Исследование характеристик генератора с независимым возбуждением.
Исследование характеристик генератора с параллельным возбуждением.
Исследование характеристик двигателя постоянного
13
тока с параллельным и независимым возбуждением.
…3
3.
Исследование характеристик трансформатора.
4
4.
Механические характеристики асинхронного двигателя 7
с фазным ротором.
Определение режимных параметров асинхронного
3
двигателя.
5.
5.
Характеристики синхронного генератора.
Параллельная работа синхронного генератора с сетью.
Исследование характеристик синхронного двигателя.
10
7. Практические занятия (семинары) учебным планом не предусмотрены
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) «Проектирование асинхронного
двигателя» или «Проектирование трехфазного трансформатора»
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. М.: Высш. шк., 1991. 528 с.
2. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Высш. шк., 2004. 670 с.
3. Электрические машины: Программа и методические указания с контрольными
работами для изучения дисциплины и к курсовому проектированию /Сост. В.В.Алексеев,
В.И. Вершинин, А.П. Емельянов. СПб: РИЦ СПбГГИ, 2010. 46 с.
4. Электрические машины. Машины постоянного тока и трансформаторы: Лабораторные работы/СПГГИ. Сост. В.В.Алексеев. РИЦ СПГГИ, 2004. 45 с.
5. Электрические машины. Машины переменного тока: Лабораторные работы/СПГГИ. Сост. В.В.Алексеев, П.В. Алексеев, Ю.П. Павлов. РИЦ СПГГИ, 2004. 37 с.
б) дополнительная литература
1. Алексеев В.В., Козярук А.Е., Загривный Э.А. Электрические машины. Моделирование электрических машин приводов горного оборудования: Учебное пособие. СПГГИ
(ТУ), 2006. 58 с.
2. Проектирование электрических машин / под ред. И.П. Копылова - М.: Энергия, 1980. 496 с.
3. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов - М.: Энергоатомиздат, 1986. 528 с.
4. Копылов И.П. Моделирование электрических машин: Учеб.для вузов М.:
Высшая школа, 1994. 318 с.
5. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов (под ред. Копылова
И.П.). М.: Высшая школа. 2005. 767 с.
в) программное обеспечение
Microsoft Winows XP, Microsoft Office, Прикладной пакет компьютерного моделирования
Simulink – Matlab (Консультационный центр MATLAB [сайт]
http://matlab.exponenta.ru/curvefitting/index.php).
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: компьютерная программа Assist2 для контроля успеваемости и промежуточной аттестации.
Интернет-ресурс кафедры электротехники и электромеханики СПГГИ:. URL:
http://spmi.ru/node/891, http://oldwww.spmi.ru/skeleton/1/904.
Московский энергетический университет [сайт] URL: http://www.mpei.ru (дата обращения
29.12.2010), FAK.RU [сайт]: базы данных ВУЗов России по специальности 140600 Электротехника, электромеханика, электротехнологии URL:
http://www.fak.ru/baza/students.php?spec=140600 (дата обращения 29.12.2010),
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для занятий по дисциплине будут использована специализированная лаборатория
"Электрические машины"(ауд.7207) с учебными стендами. Предполагается использование
компьютерных классов – ауд. 6309 и 7124 площадью 70,48 м2 и 48,7 м2 с установленными
22 компьютерами Pentium 4, двумя лазерными принтерами, сканером. Используются компьютерные программы Simulink – Matlab, Mathcad.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Самостоятельная работа Проводится по рекомендациям преподавателей при этом.
особо акцентируется внимание на необходимость самостоятельного изучения вопросов,
которые не изучаются при проведении аудиторных занятий, но имеющих отношение к дидактическим единицам, знание которых необходимо при получении зачета и сдаче экзамена. Расчетные задания: Расчет машины постоянного тока, Расчет трансформатора, Расчет асинхронного двигателя.
Контроль: выполнения лабораторных работ, РГЗ и посещения лекций
Разработчики:
Каф. ЭЭЭ
(место работы)
доцент
(занимаемая должность)
Каган А.В.
(инициалы, фамилия)