примерная программа - Высшая школа экономики

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное учреждение высшего
профессионального образования
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
МИЭМ
Факультет «Электроника и телекоммуникации»
Кафедра «Микросистемная техника, материаловедение и технологии»
Программа дисциплины
"Электромеханические устройства и системы"
для подготовки бакалавров
Рекомендуется для направления подготовки 220400
« Управление в
технических системах»
Автор программы
профессор, к.т.н. Г.Б.Фалк
Рекомендована секцией УМС
по УиИТС каф МТМиТ
Председатель профессор, д.т.н. А.Ф.Каперко
________________________________
«_____» __________________ 2013 г.
Одобрена на заседании кафедры
Микросистемная техника, материаловедение и технологии
Зав. кафедрой профессор, д.т.н. В.П. Кулагин
___________________________ _____
«____»_____________________ 2013 г.
Утверждаю
Декан факультета Электроника и телекоммуникации
профессор, д.т.н. Б.Г. Львов
________________________________
«____»_____________________ 2013 г.
Москва, 2013 год
1. Цели и задачи дисциплины.
В практике управления техническими системами, автоматизации
производства электромеханические системы имеют большое значение.
Почти две трети всей энергии, генерируемой электрическими
станциями, преобразуется в механическую посредством
электромеханических систем. В связи с этим специалисты в области
управления техническими системами должны быть хорошо знакомы с
принципами построения электромеханических систем, их статическими и
динамическими характеристиками.
Одновременно с этим они должны быть хорошо знакомы с
конструкцией, принципом работы, основами теории, статическими и
динамическими характеристиками электромеханических устройств
автоматики, в основном электромашинных .
2. Место дисциплины в структуре ООП.
_________ДН(М)В4________________________________________________
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами из
дисциплин: физика, математика, прикладная механика, электротехника и
электроника.
Дисциплина является предшествующей для дисциплин: теория
автоматического управления, автоматизированные информационноуправляющие системы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
_________ПК-3,
ПК-4,
ПК-7
и
ПК-10
_________________________________________
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: Конструкцию, принцип работы, основные статические и
динамические характеристики ,области применения электромашинных и
электромагнитных устройств автоматики. Структуру и состав основных
электромеханических систем автоматизации и управления.
Уметь: Выбирать электромашинные и электромагнитные устройства в
соответствии со структурой и требованиями к электромеханической системе
управления. Производить электрические и электромеханические расчеты
характеристик отдельных блоков этих систем.
Владеть: Навыками использования современных средств вычислительной
техники для
анализа характеристик и выбора электромеханических
устройств при проектировании электромеханических систем автоматизации
и управления, а также для оформления проектной документации.
.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего
Семестры
часов / 5
6
зачетных
единиц
108\3,0
54\ 1,5 54\1,5
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
-
-
Лекции
54\1,5
36\1
Практические занятия (ПЗ)
36\1
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
18\0,5
18\0,5
36\1
18\0,5
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Расчетно-графические работы
1
1
Реферат
Контрольные работы
3
3
Экзамен
1
Зачет
1
1
Общая трудоемкость
180
часы
5
зачетные
единицы
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1.Общие сведения об исполнительных устройствах,
электромеханических системах и электроприводах.
Определение, классификация, элементная база.
18\0,5
36\1
18\0,5
-
1
Раздел 2.Трансформаторы.
Классификация, конструкция и принцип действия трансформатора.
Уравнения равновесия эдс и мдс трансформатора. Эдс взаимоиндукции,
коэффициент трансформации. Приведенный трансформатор, схема замещения. Внешняя характеристика и кпд. Особенности трехфазных и
импульсных трансформаторов.
-
Раздел 3.Асинхронные машины и микромашины.
Трехфазные асинхронные машины. Конструкция, принцип работы и
принцип обратимости. Асинхронный двигатель как обобщенный
трансформатор. Схема замещения. Электромагнитный момент.
Механические характеристики. Пуск, реверсирование, торможение и
регулирование скорости.
Исполнительные асинхронные микродвигатели. Особенности
конструкции и принципа работы. Способы управления. Статические и
динамические характеристики.
Асинхронные тахогенераторы. Принцип работы. Выходные
характеристики и погрешности.
Раздел 4.Синхронные машины и микромашины.
Трехфазные синхронные машины. Конструкция, принцип действия в
режиме двигателя и генератора. Электромагнитный момент, U-образная
характеристика. Способы пуска.
Синхронные микродвигатели: с постоянными магнитами на роторе,
реактивные, гистерезисные. Конструкция, принцип действия,
характеристики.
Синхронные микродвигатели с редуцированием скорости: редукторные,
волновые. Конструкция, принцип действия, характеристики.
Синхронные шаговые двигатели: активные, реактивные, индукторные,
линейные. Конструкция, принцип действия, характеристики.
Раздел 5.Электромашинные преобразователи угла.
Сельсины. Конструкция. Индикаторная и трансформаторная системы
передачи угла. Характеристики трансформаторной системы, классы
точности.
Вращающиеся трансформаторы. Конструкция, режимы работы.
Симметрирование ВТ. Характеристики, погрешности и классы точности.
Многополюсные ВТ.
Раздел 6.Машины и микромашины постоянного тока.
Коллекторные машины постоянного тока. Конструкция, принцип действия
и принцип обратимости. Эдс, электромагнитный момент и реакция якоря.
Основные характеристики двигателей и генераторов независимого и
параллельного возбуждения.
Исполнительные микродвигатели постоянного тока. Якорный и
полюсный, непрерывный и импульсный способы управления. Механические,
регулировочные и динамические характеристики. Бесконтактные
микродвигатели.
Тахогенераторы постоянного тока. Основные характеристики,
погрешности, классы точности.
Электромашинные усилители. Конструкция, принцип действия,
статические и динамические характеристики ЭМУ поперечного поля.
Раздел 7.Электромагнитные устройства.
Основные типы электромагнитных устройств – реле, магнитные
пускатели, муфты.
Раздел 8. Механическая часть силового канала электромеханической
системы.
Одномассовая механическая система. Состав механической части.
Основное уравнение движения. Приведение масс и сил. Статические
характеристики механической части.
Двухмассовая механическая
система. Уравнение движения. Коэффициент жесткости.
Раздел 9.Выбор мощности двигателя.
Режимы работы электроприводов. Тепловое состояние двигателя.
Выбор мощности двигателя при длительной нагрузке. Выбор мощности
двигателя при повторно-кратковременном режиме. Метод эквивалентных
величин. Выбор мощности двигателя для следящего привода.
Раздел 10. Электромеханические системы постоянного тока.
Электромеханическая система в виде двигателя постоянного тока
независимого возбуждения и одномассовой механической системы.
Электромеханическая система в режиме управления скоростью. Система
управляемый выпрямитель-двигатель. Схемы, механические и динамические
характеристики тиристорных систем УВ-Д. Система широтно-импульсный
преобразователь-двигатель. Схемы транзисторных и тиристорных ШИП.
Механические и динамические характеристики системы ШИП-Д.
Раздел 11.Электромеханические системы переменного тока.
Электромеханическая система в виде асинхронного двигателя и
одномассовой механической системы.
Частотное управление скоростью электромеханической системы с
асинхронным двигателем. Структура системы преобразователь-двигатель
при питании от автономного инвертора напряжения и тока. Требуемая
зависимость напряжения или тока источника от частоты.
Система с шаговым двигателем. Разомкнутый дискретный привод с ШД.
Функциональная схема, блоки системы управления. Специальные режимы
работы: старт-стопный, программный разгон, дробление шага.
Раздел 12.Общие сведения о мехатронике.
Понятие и принцип построения мехатронных электромеханических
систем (электроприводов).
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспе-чиваемых
(последую-щих)
дисциплин
1. Теория
автоматического
управления
2. Технические
средства
автоматизации и
управления
3. Автоматизированные
информационноуправляющие
системы.
№
п/п
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
…
3
4
10 11
3
4
5
12
6
9
10
11
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
Наименование раздела
Лек Прак Лаб Се
дисциплины
ц.
т.
.
м
Зан. зан. ин
.
С
Р
С
Все-го
(часы/за
четные
единиц
ы)
1ч 4\0,111
1.
Общие сведения об
исполнительных устройствах,
электромеханических системах
и электроприводах.
3ч
2.
Трансформаторы.
4ч
2ч
1ч 7\0,194
3.
Асинхронные машины и
микромашины.
Синхронные машины и
микромашины.
Электромашинные
преобразователи угла.
Машины и микромашины
постоянного тока.
Электромагнитные устройства.
8ч
6ч
2ч 16\0,444
4.
5.
6.
7.
7ч
1ч 8\0,222
4ч
4ч
2ч 10\0,28
10ч
6ч
2ч 18\0,5
3ч
1ч 4\0,111
Механическая часть
силового канала
электромеханической системы.
3ч
9. Выбор мощности двигателя.
10. Электромеханические системы
постоянного тока.
2ч
4ч
12ч
12ч
2ч 16\0,444
2ч 18\0,5
11. Электромеханические системы
переменного тока.
4ч
12ч
2ч 18\0,5
8.
12.
№
п/п
Общие сведения о
мехатронике.
№ раздела
дисциплин
ы
1.
2
2.
3,11
3.
6,10
4.
5
5.
3,6
1ч 4\0,111
2ч
1ч 3\0,083
6. Лабораторный практикум
Наименование лабораторных работ
Трудоемкость
(часы/зач
етные
единицы)
Исследование однофазного трансформатора 2\0,056
питания с использованием ПЭВМ
Исследование частотного асинхронного
4\0,111
электропривода с применением ПЭВМ
Исследование тиристорного электропривода 4\0,111
постоянного тока с применением ПЭВМ
Исследование вращающегося
4\0,111
трансформатора
Исследование тахогенераторов переменного 4\0,111
и постоянного тока
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература
1.Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электромеханические устройства автоматики.
Учебное пособие.-М.:МИЭМ, 2002, 2008.
2.Ильинский Н.Ф.,Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода.Учебник
для вузов.-М.:Энергоатомиздат,1992
3.Фалк Г.Б. Технические средства автоматизации и управления:
исполнительные устройства .Учебное пособие.- М.:МИЭМ, 2004.
б) дополнительная литература
1.Арменский Е.В., Фалк Г.Б. Электрические микромашины. Учебное
пособие.-М.: Высшая школа, 1985.
2.Кацман М.М. Электрический привод. Учебник для техникумов.-М.:
«Академия», 2005.
3.Москаленко В.В. Электрический привод. Учебное пособие.- М.:ИЦ
«Академия», 2005.
4.Под.ред.В.А.Новикова .Инжиниринг электроприводов и систем
автоматизации. Учебное пособие. –М.:Электротехника,
5.Онищенко Г.Б. Электрический привод.Учебник.- М.:ИЦ «Академия».
6.Розанов
Ю.К.,
Соколова
Е.М.
Электронные
устройства
электромеханических систем . Учебное пособие.-М.:ИЦ «Академия».
7. ГОСТы: ЕСКД, Единицы физических величин.
в) базы данных, информационно-справочные и поисковые
системы___________________
Электронные версии учебных пособий (п.п. 1 и 3 раздела «7а»)
Сайт кафедры uiits.miem.edu.ru
Учебные материалы
Автоматизированная система контроля знаний по 5 разделам дисциплины.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
В составе кафедры функционирует лаборатория «Электромашинные
устройства и системы»,в которой имеется комплексный стенд ЭМП1-К, на
котором с использованием ПЭВМ исследуются двигатели постоянного тока,
трехфазные асинхронные двигатели, тиристорные приводы постоянного тока
и асинхронные приводы с частотным управлением.
В дисплейном классе кафедры на персональных ЭВМ типа IBM PC
установлено программное обеспечение, позволяющее выполнять ряд
лабораторных работ в составе автоматизированной обучающей системы, а
также автоматизированный контроль знаний на основе выполнения
контрольных работ по темам разделов 2-6 .
9. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Применение программы автоматизированного контроля знаний на
основе выполнения контрольных работ по темам разделов 2-6 на
персональных ЭВМ типа IBM PC.