ПРОГРАММА для поступающих в аспирантуру по специальности 05.09.03 Электро-

ПРОГРАММА
для поступающих в аспирантуру по специальности 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы
(по отрасли наук 05.00.00 Технические науки)
РАЗДЕЛ 1. Элементы и схемы судовой электроавтоматики.
1. Принципы построения систем автоматического управления и области их применения в судовой автоматике.
2. Классификация систем автоматического управления и регулирования.
3. Основные соотношения и характеристики систем автоматического управления
и регулирования.
4. Структурные схемы систем автоматического управления и регулирования.
5. Основные звенья автоматизированных систем и их характеристики.
5.1. Классификация звеньев:
а) Инерционное звено первого порядка (апериодическое)
б) Астатическое звено (интегрирующее)
в) Колебательное звено
г) Дифференцирующее звено
6. Методы анализа устойчивости и качества систем.
а) Общие сведения
б) Метод анализа систем, предложенный И.А. Вышнеградским (критерий и
диаграмма Вышнеградского)
в) Метод Раусса – Гурвица
г) Частотный метод Михайлова
д) Частотный метод амплитудно-фазовых характеристик разомкнутых
систем.
7. Вопросы расчета автоматизированных систем.
а) Исходные положения по расчету
б) Порядок расчета автоматизированной системы
Задание на расчет
Выбор исходных данных
Выбор основных элементов схемы
Определение параметров основных элементов и составление структурной
схемы главной цепи
Последовательность расчета
в) Построение желаемой логарифмической амплитудно-частотной
характеристики (ЛАХ)
Низкочастотная часть
Среднечастотная часть
Высокочастотная часть
г) Определение корректирующих устройств и их параметров
Нахождение прямого корректирующего устройства
Нахождение параллельного обратного корректирующего устройства.
8. Принципы учета нелинейностей в системах автоматического управления и регулирования.
II. Основные схемы преобразователей и принципы их действия.
Выпрямление. Процесс коммутации. Одно- и многофазные выпрямители
управляемые и неуправляемые. Работа управляемых выпрямителей трехфазного тока (схема трехфазного тока на встречную ЭДС). Гармонические составляющие в
кривых выпрямленного напряжения и первичного тока. Улучшение коэффициента
мощности в управляемых выпрямителях. Внешние характеристики выпрямителя
трехфазного тока с учетом фильтров. Аварийные режимы в выпрямителях.
Инвертирование. Нормальные режимы. Работа трехфазного мостового тиристорного инвертора тока, ведомого сетью. Методы улучшения коэффициента мощности ведомых инверторов. Одно- и двухфазное опрокидывание ведомых инверторов.
Принцип действия автономных инверторов тока и инверторов напряжения.
Инверторы тока с естественной коммутацией, принцип работы и основные соотношения, основные схемы инверторов с естественной коммутацией. Способы искусственной коммутации вентилей в инверторах напряжения. Способы регулирования выходного напряжения инверторов тока и напряжения.
Резонансные автономные инверторы последовательного и параллельнопоследовательного типов.
Принцип работы импульсных преобразователей постоянного тока, основные
схемы импульсных преобразователей. Способы регулирования напряжения с помощью импульсных преобразователей.
Преобразователи с непосредственной связью. Регуляторы переменного напряжения. Тиристорные компенсаторы реактивной мощности.
III. Автоматическое управление судовыми генераторами.
1. Общие замечания.
2. Общие вопросы автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов.
3. Система автоматического регулирования напряжения с угольным регулятором
типа РУН.
а). Принцип действия регулятора.
б). Факторы, влияющие на выбор типа регулятора.
в). Распределение реактивных мощностей параллельно работающих синхронных генераторов.
г). Устойчивость системы автоматического регулирования.
Управление системы регулирования без корректирующей связи. Управление системы регулирования с учетом корректирующей связи.
4. Системы автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов
с применением электромашинных усилителей (ЭМУ).
а). Принцип действия системы автоматического регулирования.
б). Измерительное устройство.
в). Дифференциальное управление системы автоматического регулирования с
применением ЭМУ с поперечным полем.
Управление системы для случая холостого хода генератора без учета
корректирующей связи.
Введение корректирующей связи в систему регулирования.
г). Дифференциальные уравнения системы автоматического регулирования и
напряжения синхронного генератора с ЭМУ с продольным полем.
Управление двухступенчатого ЭМУ с продольным полем.
Управление трехступенчатого ЭМУ с продольным полем.
Управление системы автоматического регулирования.
5. Система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора с
электронным регулятором.
6. Системы компаундирования синхронных генераторов.
а). Система токового компаундирования с электромагнитным корректором
напряжения.
б). Система автоматического регулирования напряжения синхронного генератора типа УВК.
в). Системы прямого компаундирования синхронных генераторов.
Анализ систем прямого фазового компаундирования с трехобмоточными
трансформаторами в статических режимах.
Влияние параметров системы на процесс самовозбуждения синхронного
генератора.
7. Автоматическое регулирование скорости вращения приводных двигателей.
а). Задачи автоматического регулирования скорости вращения приводных
двигателей.
б). Автоматическое регулирование скорости вращения электродвигателей
Принцип регулирования.
Центробежные регуляторы скорости вращения.
Регулирование скорости вращения электродвигателя посредством встречного включения напряжения.
Регулятор частоты ВЭИ.
Система стабилизации частоты с угольным регулятором.
Система регулирования скорости вращения приводного двигателя генератора с двумя резонансными контурами и магнитным усилителем.
Система стабилизации частоты завода «Электросила».
Параметрический способ стабилизации скорости вращения электродвигателей.
в). Автоматическое регулирование скорости вращения тепловых двигателей.
Механические регуляторы тепловых двигателей.
Двухимпульсный электромеханический регулятор скорости вращения.
Двухимпульсный электрический регулятор скорости вращения.
Электрогидравлический регулятор турбины.
Электрогидравлический регулятор частоты.
8. Автоматическая синхронизация судовых генераторов.
9. Система автоматического запуска аварийной дизель-генераторной установки.
IV. Автоматическое регулирование мощности дизель-электрических гребных
установок.
1. Общие замечания.
2. Регуляторы мощности.
а). Система ДЭГУ с трехобмоточным возбудителем.
б). Система автоматического регулирования мощности гребной электрической установки ледокольного судна «Лена»
Предварительные замечания.
Анализ работы схемы.
в). Дифференциальные уравнения системы автоматического регулирования
мощности.
г). Определение устойчивости системы автоматического регулирования мощности.
д). Система автоматического регулирования мощности гребной электрической установки (ГЭУ) буксира.
е). Система автоматического регулирования мощности гребной электрической установки магнитным потоком гребного электродвигателя.
ж). Система автоматического регулирования мощности гребной электрической установки с применением магнитного усилителя.
3. Определение переходного процесса в системах регулирования мощности с учетом нелинейности характеристик отдельных звеньев системы.
а). Определение нарастания ЭДС генератора при наличии обратной связи по
напряжению.
б). Определение нарастания ЭДС генератора при наличии трансформаторной
обратной связи.
в). Расчет переходных процессов электродвигателя при изменении величины
ЭДС генератора и неизменном потоке возбуждения электродвигателя.
г). Пример построения переходного процесса для системы регулирования
мощности гребных электрических установок (ГЭУ).
Исходные уравнения системы регулирования мощности для графического
расчета.
Определение расчетных коэффициентов.
Порядок построения переходного процесса в системе с учетом характера
возмущения.
РАЗДЕЛ 2. Электроэнергетические установки судов.
I. Введение.
1. Краткие сведения из истории развития судовых электроэнергетических установок.
2. Современные электроэнергетические установки судов и перспективы их развития.
II. Приемники электрической энергии на судах и характер их нагрузки.
1. Силовые приемники электрической энергии на судах и характер их нагрузки.
2. Осветительная нагрузка.
3. Характер нагрузки электрических станций судов различного назначения.
III. Источники электрической энергии, применяемые на судах.
Первичные двигатели генераторных агрегатов.
1. Паровые турбины. Газовые турбины. Двигатели. Дизели. Характеристики и основные свойства первичных двигателей, применяемых на судах. Основные технические данные. КПД при разных нагрузках и скоростях вращения. Весовые и
габаритные показатели. Моторесурсы первичных двигателей разных типов. Перегрузочная способность.
2. Регуляторы скорости вращения первичных двигателей. Зависимости скорости
вращения от нагрузки. Статические и астатические системы регулирования.
Быстродействие регуляторов скорости вращения.
3. Предельные регуляторы скорости вращения первичных двигателей их назначение, принцип действия.
IV. Род тока, частота и напряжение, применяемые на судах.
1. Род тока.
а). Сравнительная оценка электрического оборудования постоянного и переменного тока применительно к судовым условиям.
б). Проектные и опытные сравнительные данные по электрическому оборудованию постоянного и переменного тока.
в). Реактивные токи в электроэнергетических установках переменного тока и
средства их уменьшения в судовых условиях.
2. Частота.
а). Внешние частоты переменного тока на весовые и габаритные показатели
электрического оборудования судов.
б). Перспективы и область применения повышенной частоты в судовых электрических установках.
3. Величина напряжения.
а). Влияние величины напряжения на весовые и габаритные показатели электрического оборудования судов.
б). Величина напряжений, применяемых в судовых электроэнергетических
установках.
в). Факторы, определяющие выбор величины напряжения для судов различного назначения.
г). Перспективы применения на судах повышенного напряжения переменного
тока.
V. Автоматическое поддержание постоянства напряжении судовых генераторов
1. Поддержание постоянства напряжения генераторов постоянного тока.
2. Автоматические угольные регуляторы напряжения и выбор их для генераторов
постоянного тока.
3. Поддержание постоянства напряжения синхронных генераторов.
4. Выбор автоматических угольных регуляторов для синхронных генераторов.
5. Синхронные генераторы с самовозбуждением и компаундированием с полупроводниковыми выпрямителями. Схемы косвенного и прямого компаундирования.
6. Основные особенности и технические характеристики схем с полупроводниковыми выпрямителями. Выбор элементов схем.
VI. Автоматические регуляторы частоты.
1. Автоматическое поддержание скорости вращения первичных двигателей, основанное на применении электрических измерительных элементов.
2. Выбор элементов схем автоматического регулирования частоты.
VII. Параллельная работа судовых генераторов.
1. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением. Распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами. Средства улучшения распределения нагрузки между машинами.
2. Параллельная работа синхронных генераторов соизмеримой мощности. Распределение активной и реактивной мощности между машинами. Условия устойчивости параллельной работы синхронных машин в статических режимах.
VIII. Аварийные режимы в судовых электроэнергетических установках.
1. Явления, сопровождающие короткие замыкания в судовых установках постоянного тока. Поведение при коротких замыканиях генераторов, двигателей, аппаратов управления.
2. Явления, сопровождающие короткие замыкания в судовых установках переменного тока. Поведение при коротких замыканиях генераторов, двигателей,
аппаратов управления.
IX. Изменение напряжения и скорости вращения генераторных агрегатов при внезапных изменениях нагрузки.
1. Изменения напряжения и скорости вращения синхронных генераторов при разных системах возбуждения генераторов и разных системах регулирования скорости первичных двигателей.
2. Методы расчета изменения напряжения и частоты с учетом взаимного влияния.
Х. Аппараты и схема защиты электроэнергетических установок судов.
1. Аппараты защиты, применяемые на судах. Плавкие предохранители, автоматические установочные воздушные выключатели, селективные автоматические
воздушные выключатели.
2. Требования, предъявляемые к схемам защиты. Совместная работа аппаратов
защиты в схемах. Защита при коротких замыканиях. Защита от произвольного
отключения электроприводов.
3. Выбор элементов схем защиты. Проверка их по режиму короткого замыкания.
XI. Дистанционное управление электроэнергетическими установками судов.
1. Дистанционное управление первичными двигателями генераторных агрегатов.
2. Дистанционное управление коммутационными регулирующими аппаратами.
3. Схемы дистанционного управления и их элементов.
4. Выбор элементов схем дистанционного управления.
РАЗДЕЛ 3. Судовой автоматизированный электропривод.
1. Переходные процессы в судовых электроприводах постоянного тока.
2. Переходные процессы в судовых электроприводах с асинхронным двигателем.
3. Работа электроприводов переменного тока при питании их от источников, соизмеримых с ними по мощности.
4. Защита электроприводов судовых механизмов.
5. Аналитический метод расчета установившегося режима работы судовых электродвигателей.
6. Вопросы работы вспомогательных механизмов в судовых системах.
7. Основные характеристики вспомогательных механизмов.
8. Способы регулирования производительности насосов и вентиляторов.
9. Основание к определению мощности и типа электродвигателя.
10. Схемы управления электроприводом вспомогательных механизмов.
11. Назначение, классификация и режим работы электропривода механизмов рулевого устройства.
12. Схемы дистанционного управления электроприводом рулевого устройства.
13. Следящие системы управления рулевым устройством.
14. Бесконтактные схемы управления электроприводом механизмов рулевого
устройства.
15. Схемы управления электроприводом рулевого устройства для автоматического
поддержания курса судна.
16. Вопросы определения устойчивости и выбора параметров элементов схем следящего привода и систем автоматического удержания судна на заданном курсе.
17. Основание к расчету электропривода рулевого устройства с механической передачей.
18. Расчет электропривода рулевого устройства с гидравлической передачей.
19. Назначение, основные элементы и режим работы якорно-швартовного устройства.
20. Схемы управления электроприводом якорно-швартовного устройства.
21. Расчет электропривода механизмов якорно-швартовного устройства.
22. Назначение, режим работы и требования к автоматизированному электроприводу судовых подъемных механизмов.
23. Искусственные характеристики электроприводов подъемных механизмов.
24. Схемы управления электроприводами судовых подъемных механизмов.
25. Основание и расчеты мощности электродвигателя грузовой лебедки.
РАЗДЕЛ 4. Применение электронно-вычислительных устройств для моделирования
систем автоматизированного судового электропривода.
1. Моделирование на основе аналогий. (Математическое моделирование)
2. Моделирование с помощью счетно-решающих устройств.
3. Моделирующие устройства и цифровые вычислительные машины.
4. Комбинирование методов математического моделирования.
II. Линейные решающие элементы.
III. Множительные и делительные устройства.
IV. Принципы построения электронных моделирующих устройств на постоянном
токе.
1. Состав решающих элементов, способы их компоновки в установке и соединение между собой для решения задачи.
2. Способы установки начальных условий и коэффициентов передачи решающих
элементов.
3. Основные функции и принципы построения системы управления моделирующей установки.
V. Методика выбора и решения задач.
1. Составление структурных схем соединения отдельных решающих элементов
для решения заданных дифференциальных уравнений.
2. Определение коэффициентов передачи отдельных решающих элементов по коэффициентам исходных уравнений. Выбор масштаба представления зависимых
переменных и времени.
3. Определение начальных условий и возмущающих сил.
4. Моделирование систем автоматического регулирования с весьма большими постоянными времени.
VI. Моделирование линеаризованных систем автоматического регулирования.
1. Моделирование обыкновенных линеаризованных систем автоматического регулирования с постоянными параметрами.
2. Моделирование систем автоматического регулирования с переменными по
времени параметрами.
3. Вариаторы коэффициентов.
4. Моделирование системы автоматического регулирования при наличии помех.
5. Моделирование системы автоматического регулирования при наличии постоянного запаздывания.
VII. Моделирование нелинейных систем автоматического регулирования.
1. Моделирование системы автоматического регулирования при наличии типичных нелинейных характеристик в безинерционных элементах.
2. Моделирование системы автоматического регулирования при наличии типичных нелинейностей в инерционных элементах.
Литература
1.
Автоматизированный электропривод промышленных установок (под
ред. Онищенко Г.Б.).- М.: РАСХН –2001.- 502с., ил.
2.
Витюк К.Т., Грищенко П.И., Коробов П.К., Тихонов В.В. “Судовые
электроустановки и их автоматизация” М. Транспорт 1986.
3.
Герман-Галкин, С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых
систем : учеб. пособие / С.Г. Герман-Галкин. -Спб. :Корона-Принт, 2007. В320 с.
4.
Забродин, Ю.С. Промышленная электроника :учеб. для вузов / Ю.С. За-
бродин. Ш. М.: Высшая школа, 1982. - 532 с.
5.
Ковалев Ф.И., Мосткова Г.П., Свиридов А.Ф., Щукалов В.Ф. “Судовые
статические (полупроводниковые) преобразователи” Л. Судостроение 1965.
6.
Москаленко В.В. Электрический привод – М.: Академия., 2004.-368 с.
7.
Онищенко Г.Б. Электрический привод:- М.: РАСХН –2003.- 320с., ил.
8.
Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая элек-
троника. - М.: Горячая линия – Телеком, 2000. 768с.
9.
Полонский В.И., Хайкин А.Б. “Автоматизированные гребные электро-
установки” М. Транспорт 1976.
10. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных
устройств на интегральных микросхемах: Справочник. – М.: Радио и связь, 1990.
304с.
11. Рукавишников С.Б. “Автоматизированные гребные электроустановки”
Л. Судостроение 1983.
12. "Силовая электроника - Примеры и расчеты". Перевод с англ. Энергоиздат, 1982 г.
13. Сугаков В.Г., Хватов О.С. «Системы автоматического регулирования
параметров электрической энергии судовых электростанций.» Часть 1. «Автоматическое регулирование частоты судовых источников электрической энергии» –
Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2010.
14. Сугаков В.Г., Хватов О.С. «Системы автоматического регулирования
параметров электрической энергии судовых электростанций.» Часть 2. «Автоматическое регулирование напряжения судовых источников электрической энергии» – Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2010.
15. Сугаков В.Г., Хватов О.С. «Системы автоматического регулирования
параметров электрической энергии судовых электростанций.» Часть 3. «Параллельная работа судовых источников электрической энергии» – Н. Новгород: Издво ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2011.
16. "Судовая электроника и силовая преобразовательная техника". Судостроение, 1993 г. Штумпф Э.П.
17. Титце У., Шенк К.: Полупроводниковая схемотехника.-М.: Мир, 1982 г.
18. Уитсон Дж. 500 практических схем на ИС. - М.: Мир, 1992. 376 с.
19. Хайкин А.Б., Васильев В.Н., Полонский В.И. “Автоматизированные
гребные электрические установки” М. Транспорт 1986.
20.
Хватов, О.С. Моделирование и расчет вентильных электроприводов по-
стоянного и переменного тока : метод, материалы по курсам «Основы судового
электропривода», «Моделирование систем электропривода», «Судовые автоматизированные электроприводы» / О.С. Хватов, Е.М. Бурда, О.А. Бурмакин. - Н. Новгород : ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2008.- 24 с.
21. Портнягин Н.Н., Пюкке Г.А. Теория и методы диагностики судовых
электрических средств автоматизации. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ,
2003. - 112 с. http://window.edu.ru/resource/880/69880
22. Овчинников И.Е. Электромеханические и мехатронные системы.
Часть 1: Учебное пособие. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008. - 121 с.
http://window.edu.ru/resource/235/59235
23. Вайнштейн Р.А. Математические модели элементов электроэнергетических систем в расчетах установившихся режимов и переходных процессов: учебное пособие / Р.А. Вайнштейн, Н.В. Коломиец, В.В. Шестакова. - Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2010. - 115 с.
http://window.edu.ru/resource/962/73962
24. Петрович В.П. Силовые преобразователи электрической энергии: учебное пособие / В.П. Петрович, Н.А. Воронина, А.В. Глазачев; Томский политехнический университет. - Томск : Изд-во ТПУ, 2009. - 240 с.
http://window.edu.ru/resource/624/75624
25. Варламов В.Р. Современные источники питания. Справочник. Издательство: «Лань», 2009. - 224 c.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=854
26. Электрический привод: Интерактивный учебный курс. Автор/создатель:
Ильинский Н.Ф. Кафедра автоматизированного электропривода МЭИ (ТУ).
http://aep.mpei.ac.ru/old/eldrive/
27. Электронная библиотека ВГАВТ http://e.lanbook.com
28. Иванов И. И., Соловьев Г. И., Фролов В. Я. Электротехника и основы
электроники. Изд-во «Лань», 2012.- 736 с. http://e.lanbook.com/books/
element.php?pl1_cid=25&pl1_id=3190
ИЗМЕНЕНИЯ И ДОПОЛНЕНИЯ К ПРОГРАММЕ
На 2014-2015 учебный год :
1. Раздел 2. VII
Цифровые средства синхронизации судовых генераторных агрегатов.
2. Раздел литература
Сугаков В. Г.Системы автоматического регулирования параметров электрической энергии судовых электростанций.. Часть 3. Параллельная работа
синхронных генераторов судовых электростанций: учеб. пособие/.В.Г Сугаков, О.С. Хватов. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2012. – 159 с.