Содержание - Орловский государственный университет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНОНАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ-КОМПЛЕКС»
ФАКУЛЬТЕТ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
Кафедра «Мехатроника и международный инжиниринг»
Александров Д.В.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина: Прикладная теория автоматизированного электропривода
Специальность: Мехатроника
Форма обучения: Очная
Орел 2011 г.
Автор, ассистент,
Александров Д.В. _____________
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
«Мехатроника и международный инжиниринг».
Протокол № 1 от «1» сентября 2011 г.
Заведующий кафедрой «Мехатроника и международный инжиниринг»
д-р техн. наук, профессор Л.А. Савин_____________
Рабочая программа согласована с заведующим выпускающей кафедрой
«Мехатроника и международный инжиниринг»
д-р техн. наук, профессор Л.А. Савин _____________
Рабочая программа утверждена на заседании УМС факультета новых
технологий и автоматизации производства.
Протокол №____ от «____» __________________20____г.
Председатель УМС факультета новых технологий и автоматизации
производства
д-р техн. наук, профессор Пилипенко О.В. ______________
2
Содержание
Введение
4
1. Цели и задачи дисциплины
5
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплин
6
3. Распределения трудоемкости дисциплины по видам учебной работы
7
4. Содержание дисциплины по темам и видам занятий
8
5. Содержание лекционного курса
9
6. Перечень практических занятий
18
7. Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы
19
8. Учебно-методическое, материально-техническое обеспечение дисциплины 19
9. Рекомендуемая литература
20
3
Введение
Развитие
и
совершенствование современных
технологических и
производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве,
строительстве и в других областях народного хозяйства характеризуются
широким
использованием
средств
автоматизации
и
комплексной
механизации. Автоматизированный электропривод является энергетической
основой
технологических
и
производственных
процессов,
которые
реализуются за счет механической энергии, тем самым, представляя собой
важнейшее
устройство
систем
автоматического
управления
ими.
Многообразие и сложность выполняемых электрическим приводом функций,
использование
в
его
структурах
новых,
в
первую
очередь
полупроводниковых элементов и устройств, постоянное увеличение числа и
видов автоматизированных электроприводов требуют высокого уровня
подготовки специалистов, занимающихся их проектированием, монтажом,
наладкой и эксплуатацией. Они должны хорошо знать элементную базу
автоматизированных
электроприводов,
понимать
основные
принципы
построения и работу разомкнутых и замкнутых схем управления приводов.
Таким образом, материал данной дисциплины базируется на знаниях,
полученных
при
прохождении
курсов
«Теория
автоматического
управления», «Электротехника и электроника», «Основы мехатроники»,
«Микропроцессорная
техника»,
«Технология
автоматизированного
машиностроения и приборостроения». Результаты изучения дисциплины
используются
при
прохождении
студентами
следующих
курсов:
«Конструирование мехатронных модулей», «Проектирование мехатронных
систем», «Моделирование и динамический анализ мехатронных систем», а
также при прохождении соответствующих производственных практик.
4
1. Цели и задачи учебной дисциплин
Целью
изучения
дисциплины
является
подготовка
выпускников
широкого профиля, способных самостоятельно и творчески решать задачи
проектирования, исследования, наладки и эксплуатации современных
автоматизированных
электроприводов
промышленных
установок,
что
позволяет выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности,
обладать
универсальными
компетенциями,
и
способствующими
предметно-специализированными
его
социальной
мобильности
и
устойчивости на рынке труда.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1) Создать у студентов правильное представление о сущности
происходящих в электрических приводах процессов преобразования энергии
и о влиянии требований рабочих машин и технологий на выбор типа и
структуры автоматизированного электропривода.
2) Научить студентов самостоятельно выполнять простейшие расчеты
по
анализу
движения
электроприводов,
определению
их
основных
параметров и характеристик, оценке энергетических показателей работы и
выборе двигателя и системы автоматизированного управления.
3)
Научить
студентов
самостоятельно
проводить
элементарные
лабораторные исследования электрических приводов.
5
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Студент должен знать:
 состав электропривода как электромеханической системы;
 основные
технико-экономические
показатели
автоматизированного
электропривода;
 способы регулирования скорости, момента и тока в электроприводе и
методы их технической реализации;
 основные системы автоматизированного электропривода и область их
рационального применения;
 устройство типовых систем электропривода.
Студент должен уметь:
 рассчитывать параметры и характеристики электроприводов;
 читать электрические принципиальные схемы управления типовых узлов
систем электроприводов;
 производить аналитическое и экспериментальное их исследование;
 разрабатывать мероприятия направленные на обеспечение эффективной
эксплуатации электропривода в производственных условиях;
 рассчитывать и выбирать основные элементы систем управления;
 уметь моделировать и проводить исследования работы системы
электропривода на ЭВМ.
Студент должен владеть:
 умениями и навыками работы с реальными системами управления в
условиях лаборатории кафедры;
 самостоятельно делать обобщения и выводы.
6
3 Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы
Таблица 1 Распределение часов учебного плана
Вид учебной работы
Всего часов
№
Общая трудоемкость дисциплины
72
1
Аудиторные занятия. Всего
38
1.1 Лекции (Л)
22
1.2 Практические занятия (ПЗ)
16
2
Индивидуальные занятия с преподавателями
2
3
Самостоятельная работа (СРС). Всего
32
3.1 Курсовой проект
27
3.2 Другие виды самостоятельной работы
5
(подготовка к ПЗ, изучение теоретического материала)
Вид итогового контроля
Экзамен
7
4 Содержание дисциплины по темам и видам занятий
Таблица 2 Распределение нагрузки по темам и видам занятий
№
Разд
Количество часов
Тема раздела
Всего
Л
ПЗ
СРС
12
4
2
6
18
6
4
8
14
4
4
6
14
4
2
8
14
4
4
6
72
22
16
34
ела
1
Общие сведения об электроприводе.
Принципы построения и элементная база.
2
Регулирование координат в электроприводе
постоянного тока
3
Регулирование координат в электроприводе
переменного тока
4
Системы автоматизированного управления
электроприводов постоянного тока
5
Системы автоматизированного управления
электроприводов переменного тока
Всего часов
5 Содержание лекционного курса
Таблица 3 Содержание лекционного курса
8
№
№
Кол-во Рекоменду
Разде лекци
ла
и
1
1
Тема лекции, план лекций
час.
емая
литература
Введение. Основные понятия и определения.
2
Структурная схема электропривода. Основные
элементы электропривода и их назначение.
Электропривод как средство электрификации и
автоматизации
технологических
процессов.
Функции электропривода и требования к нему.
Классификация
электроприводов.
Условные
обозначения в электроприводе. Электрические
схемы и правила их выполнения. Назначение и
классификация
автоматизированных
систем
управления электроприводов.
2
Механическая
часть
силового
схемы,
силы
канала
2
электропривода.
Кинематические
типовых
машин
уравнения
систем.
и
движения
Режимы
преобразования
характеристики.
и
моменты
механизмов.
Основное
электромеханических
электромеханического
энергии.
Механические
Статическая
устойчивость
электроприводов.
2
3
Понятие
о
регулировании
координат
регулирования
скорости
2
электропривода.
Показатели
электроприводов.
тока
и
момента
Показатели
регулирования
двигателей.
Показатели
регулирования положения электроприводов.
9
4
Способы
регулирования
координат
в
2
электроприводе постоянного тока.
Реостатное регулирование скорости, тока и
момента электропривода постоянного тока.
Схема включения двигателя. Расчет реостата
графическим
методом.
аналитическим
методом.
Расчет
реостата
Расчет
выдержек
времени. Построение переходных процессов
пуска двигателя. Достоинства и недостатки
системы.
Регулирование
координат
двигателей
постоянного тока в системе «генератор –
двигатель».
Схема
включения
Электромеханические
характеристики
Двухзонное
и
двигателя.
механические
двигателя
в
регулирование.
системе.
Варианты
реверсирования и торможения двигателя в
системе. Достоинства и недостатки системы.
5
Способы
регулирования
координат
в
2
электроприводе постоянного тока.
Регулирование
координат
электропривода
постоянного тока в системе «управляемый
выпрямитель – двигатель». Схема включения
двигателя. Особенности электромеханических и
механических
системе.
характеристик
Варианты
двигателя
реверсирования
в
и
торможения двигателя в системе. Управление
реверсивными преобразователями: совместное и
раздельное
управление.
Достоинства
и
10
недостатки системы.
Регулирование
постоянного
координат
тока
электропривода
в системе «импульсный
преобразователь – двигатель». Схема включения
двигателя. Особенности электромеханических и
механических
системе.
характеристик
Варианты
двигателя
реверсирования
в
и
торможения двигателя в системе. Управление
импульсным преобразователем: симметричное и
несимметричное. Достоинства и недостатки
системы.
Регулирование координат электропривода в
системе «источник тока – двигатель». Схема
включения
двигателя.
электромеханических
Особенности
и
механических
характеристик двигателя в системе. Варианты
выполнения
источников
тока.
Управление
скоростью двигателя по средством нелинейной
обратной связи по скорости. Достоинства и
недостатки системы.
3
6
Способы
регулирование
координат
в
электроприводе переменного тока.
2
//
Регулирование момента и тока АД путем
введения добавочного сопротивления в цепь
статора.
Схема
Особенности
включения
электромеханических
механических
характеристик
системе.
Расчет
сопротивлений.
двигателя.
Достоинства
двигателя
и
в
дополнительных
и
недостатки
11
системы, область применения.
Управление
пуском
АД
при
помощи
электромагнитных муфт скольжения. Принцип
действия электромагнитной муфты скольжения.
Схема
включения
двигателя.
Особенности
и
механических
электромеханических
характеристик
двигателя
в
системе.
Достоинства и недостатки системы, область
применения.
Регулирование
скорости
асинхронных
двигателей изменением числа пар полюсов.
Принцип изменения числа пар полюсов в
двигателе. Основные схемы включения обмоток
статора
двигателя.
электромеханических
Особенности
и
механических
характеристик двигателя в различных схемах
включения. Достоинства и недостатки системы,
область применения.
Реостатное регулирование скорости, тока и
момента
асинхронных
включения
двигателей.
Схема
двигателя.
Расчет
реостата
методом.
Расчет
реостата
Расчет
выдержек
графическим
аналитическим
методом.
времени. Построение переходных процессов
пуска двигателя. Достоинства и недостатки
системы, область применения.
7
Способы
регулирование
координат
в
2
электроприводе переменного тока.
Импульсное регулирование скорости, момента и
12
тока
АД.
Схема
Особенности
включения
двигателя.
электромеханических
механических
характеристик
и
двигателя
в
системе. Достоинства и недостатки системы,
область применения.
Регулирование
координат
асинхронного
электропривода в системе «преобразователь
напряжения – двигатель». Схема включения
двигателя. Особенности электромеханических и
механических
системе.
характеристик
Варианты
торможения
двигателя
реверсирования
двигателя
в
в
и
системе.
Квазичастотное регулирование. Регулирование
напряжения
по
электроэнергии.
минимуму
потерь
Достоинства и недостатки
системы, область применения.
Регулирование координат электропривода в
системе «преобразователь частоты – двигатель».
Схема
включения
двигателя.
Особенности
и
механических
электромеханических
характеристик
двигателя
в
системе
при
различных законах регулирования напряжения
и частоты. Достоинства и недостатки системы,
область применения.
4
8
Разомкнутые
системы
автоматизированного
2
управления (САУ)
двигателями постоянного тока.
Назначение
автоматизированных
и
классификация
систем
управления
13
электроприводов.
схемах
Защиты,
электроприводов.
электроприводе.
применяемые
в
Блокировки
в
Сигнализация
электроприводе.
в
Релейно-контакторные
системы управления двигателями постоянного
тока.
Принципы
торможением
двигателей
контакторных
двигателей
управления
системах
постоянного
пуском
в
релейно-
управления.
тока
и
в
Пуск
функции
времени. Пуск двигателя постоянного тока в
функции скорости. Динамическое торможение
двигателей
постоянного
тока
в
функции
времени. Динамическое торможение двигателей
постоянного тока в функции скорости. Схема
управления
двигателем
постоянного
тока,
реализующая пуск в функции скорости и
торможение в функции времени.
9
Замкнутые
системы
автоматизированного
2
управления двигателями постоянного тока.
Общие принципы построения замкнутых систем
управления. Схемы электропривода с общим
усилителем.
подчиненным
Схемы
электропривода
регулированием
с
координат.
Технически оптимальный переходный процесс.
Оптимизация
динамических
режимов
электропривода по принципу подчиненного
регулирования координат. Расчет регулятора
тока. Расчет регулятора скорости. Техническая
реализация
систем
подчиненного
14
регулирования: пропорциональные регуляторы
(П-регуляторы), интегральные регуляторы (Ирегуляторы),
пропорционально-интегральные
регуляторы
(ПИ-регуляторы),
пропорционально-интегральнодифференциальные
регуляторы
(ПИД-
регуляторы).
5
10
Разомкнутые
системы
автоматизированного
управления (САУ)
двигателями переменного тока.
Принципы управления пуском и торможением
2
двигателей в релейно-контакторных системах
управления. Схема управления двухскоростным
асинхронным двигателем. Пуск асинхронного
двигателя в функции времени. Динамическое
торможение
асинхронных
функции
двигателей
времени.
в
Торможение
противовключением асинхронных двигателей в
функции
скорости.
Реверсивная
схема
управления асинхронным двигателем с фазным
ротором.
Пуск
синхронных
двигателей.
Управление
моментом подачи возбуждения при контроле
скорости
и
тока.
Узлы
схем
управления
синхронизацией синхронных двигателей при
пуске. Схема управления пуском синхронного
двигателя.
11
Дискретные
системы
управления
2
электроприводов.
15
Математические
дискретных
основы
построения
систем
управления
электроприводов. Алгебра логики. Логические
функции.
Принцип
работы
цифровых
микросхем. Технологии цифровых микросхем
(ТТЛ, КМОП). Синтез управляющих логических
устройств
на
основе
анализа
релейно-
контактных схем. Синтез дискретной системы
управления
асинхронным
двигателем
с
короткозамкнутым ротором. Синтез дискретной
системы
управления
пуском
асинхронного
двигателя в функции времени. Техническая
реализация дискретных систем управления на
элементах жесткой логики: входные элементы,
воспринимающие
аппаратов
входные
воздействия
от
датчиков
и
управления,
преобразующие их с помощью согласующих
элементов в сигналы, воспринимаемые как 0 и
1; логические элементы, преобразующие в
соответствии с заданной программой работы
входные сигналы в выходные сигналы двух
значений, также воспринимаемые как 0 и 1;
усилители, повышающие мощность выходных
сигналов;
Исполнительные
воспринимающие
выполняющие
предназначено
выходные
функции,
устройство
элементы,
сигналы
для
и
которых
(контакторы,
электромагниты, сигнальные лампы и т. п.).
Техническая реализация дискретных систем
16
управления
на
элементах
программируемые
центральный
датчиками,
адаптеры
гибкой
контроллеры
процессор;
ввода-вывода;
(ПЛК);
интерфейс
исполнительными
логики:
между
устройствами,
память
программ;
память данных; циклы выполнения программы;
программирование ПЛК.
Всего часов
22
6 Перечень практических занятий
Таблица 4 Рабочий план практических занятий и СРС
Название практического
Кол-во
Номер
Номер и стр.
часов на
методичес
основной и (или)
17
занятия (ПЗ)
одно ПЗ
кой
дополнительной
литератур
литературы
ы
Ауд.
1. Механика
СРС
2
электропривода
2. Электромеханические
2
свойства
двигателей независимого
возбуждения (ДНВ)
3. Исследование
2
регулировочных
характеристик двигателя
постоянного тока в
системе с широтноимпульсным
преобразователем
напряжения.
4. Электромеханические
2
свойства
асинхронных двигателей
(АД)
5. Переходные процессы в
2
системах электропривода
Всего часов
16
18
7 Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы
Таблица 5
№
Вид самостоятельной
п/п
работы
1
Подготовка к лекциям
2
Подготовка к практическим
Неделя
Кол-во
Рекомендуемая
часов
литература
занятиям
3
Изучение теоретического
материала
4
Выполнение курсового проекта
27
8 Учебно-методическое, материально-техническое обеспечение
1.
Программное
обеспечение
для
проведения
виртуальных
лабораторных работ и проведения расчетов в среде Matlab.
9 Рекомендуемая литература
Основная литература
1.
Филиппов Б.А., Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. М.:
МЭИ, 1977.
2.
Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода:
Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992.
3.
Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебник для вузов. М.:
Энергоатомиздат, 1990.
19
4.
Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического
регулирования и управления: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и
доп. М.: Наука, 1989.
5.
Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник
для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986.
6.
Белов, М. П. Автоматизированный электропривод типовых
производственных механизмов и технологических комплексов. М.:
Академия, 2004.
7.
В.И. Ключев. Теория электропривода. М.: Энергоиздат, 1998.
8.
В.В. Москаленко. Системы автоматизированного управления
электропривода. М.: ИНФРА-М, 2004. – 208 с.
Дополнительная литература
1. В.В. Москаленко. Электрический привод - М.: Мастерство, 2000.
2. Электротехнический справочник. Т 4. Использование электрической
энергии/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. – М.: Издво МЭИ, 2002. – 696 с.
3.
Справочник по автоматизированному электроприводу/Под ред.
В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Чернов Е.А. Электропривод и электрооборудование в
автоматизированном производстве. Учебник для техникумов. – М.:
Машиностроение, 1992.
20