Рабочая программа для студентов специальности 140601 «Электромеханика» Института дистанционного образования Обеспечивающая кафедра Электрические машины и аппараты (эма)
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа по направлению 140600 -«Электротехника, электромеханика и электротехнологии», 186.01kb.
- Рабочая учебная программа факультет №3 Химического машиностроения и кибернетики. Кафедра, 159.75kb.
- Рабочая программа по дисциплине дс №09 Машины и аппараты химических производств для, 240.33kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Начертательная геометрия и инженерная графика», 474.05kb.
- Рабочая программа по дисциплине опд. Ф. 04 Промышленная экология наименование дисциплины, 225.96kb.
- Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов направления, 196.68kb.
- Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности, 310.38kb.
- Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности, 176.53kb.
- Рабочая программа по дисциплине: Дс 05 «управление качеством» для специальности 240801., 146.16kb.
- Рабочая программа по дисциплине опдф. 04 Электротехника и электроника Для специальности, 220.11kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
__________________________________________________________________
«УТВЕРЖДАЮ»
Директор ИДО
____________ А.Ф.Федоров
«____»_____________2005г.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Рабочая программа
для студентов специальности 140601 «Электромеханика»
Института дистанционного образования
Обеспечивающая кафедра – Электрические машины и аппараты (ЭМА)
| Семестр | 11 |
Лекции, часов | 8 |
Лабораторные занятия, часов | 6 |
Практические занятия, часов | 2 |
Курсовая работа, часов | 4 |
Контрольная работа, часов | - |
Самостоятельная работа, часов | 146 |
Формы контроля | зач.,экз. |
Томск 2005
УДК.621.313
Специальные электрические машины: рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 140601 «Электромеханика» ИДО /Сост. В.И.Попов, А.Б.Цукублин – Томск: Изд. ТПУ, 2005. - ? с.
Аннотация
Рабочая программа по дисциплине «Специальные электрические машины» предназначен для студентов специальности 140601 «Электромеханика». Данная дисциплина изучается один семестр.
Приведен перечень основных тем дисциплины, указан перечень лабораторных работ. Приведены варианты заданий для курсовых проектов.
1.Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению 654500-
«Электротехника , электромеханика и электротехнологии» специальности 140601-« Электромеханика» утвержденного 27.03. 2000 г. регистрационный номер № 207 тех/дс.
Рассмотрена и одобрена на заседании обеспечивающей кафедры электрических машин и аппаратов 30.08.05 протокол №.15
2. Разработчики: доценты кафедры ЭМА _______________ В.И.Попов
_______________ А.Б.Цукублин
3. Зав. обеспечивающей кафедры ЭМА ______________ О.Л.Рапопорт
4. Рабочая программа согласована И соответствует действующему плану.
Зав. выпускающей кафедры ЭМА __________ О. Л. Рапопорт
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
- . Цели преподавания дисциплины
Преподавание дисциплины «Специальные электрические машины» ставит целью расширение знаний будущих специалистов в области проектирования, применения и эксплуатации обширной группы специальных электрических машин, работающих в автономных энергетических системах, в системах автоматики, вычислительной техники, робототехники и телеметрии, в бытовой технике и т.д.
Большое внимание в курсе уделяется схемному и конструктивному решению машин специального назначения автономных энергетических систем. Знание подобных проблем электромашиностроения необходимо специалистам по электрическим машинам.
Дисциплина «Специальные электрические машины» (СЭМ) объединяет ранее полученные знания из дисциплин «Электрические машины», «Электрические машины автоматических устройств» в единое целое, необходимое для понимания сущности преобразования энергии в специальных электрических машинах и электромашинно-вентильных комплексах.
В результате изучения дисциплины «СЭМ» будущие специалисты приобретают знания, умения и определенный опыт, необходимые для профессиональной дальнейшей деятельности.
Цель обучения дисциплине СЭМ - сформировать профессиональные знания в области электромеханического преобразования энергии, ознакомить с основами теории и принципами действия основных видов специальных электрических машин автономных энергетических систем, с машинно-вентильными комплексами, с особенностями применения СЭМ и их эксплуатационными характеристиками.
После изучения дисциплины обучающиеся должны
иметь представление:
- о связи дисциплины с другими дисциплинами учебного плана по данной специальности;
- о месте и роли специальных электрических машин в системах генерирования и потребления электрической энергии, о возможности их применения в нетрадиционных источниках энергии, ветростанциях, микрогэс, транспортных объектах и т.д.);
- об основных направлениях в развитии специальных электрических машин;
знать:
- принципы действия и устройство различных электрических машин, применяющихся в автономных энергосистемах в качестве генераторов,
- физические явления, протекающие в электрических машинах специального назначения, работающих совместно с вентильными преобразователями,
- основные рабочие характеристики и особенности импульсных машин специального назначения.
уметь:
- выбирать электрические машины для обеспечения потребителя по их функциональным возможностям,
- выбирать и рассчитывать электромеханическое устройство, работающее в системе, проводить выбор и обоснование применения полупроводникового преобразователя этих систем.
- анализировать и описывать математически стационарные и переходные процессы в электрических машинах, машино-вентильных комплексах, а также в системах автоматического регулирования, включающих электрические машины.
иметь опыт (владеть)
- проектирования и конструирования специальных типов электрических машин;
- выполнения расчетов электромеханических приводов;
- выполнения чертежей специальных электрических машин;
- работы со справочной литературой, стандартами и другими нормативными материалами.
Изучение дисциплины базируется на знаниях физики, высшей математики, теоретических основ электротехники, общей теории электрических машин и преобразовательной техники.
1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины
Для достижения целей при аудиторной и самостоятельной работе студентов используется полный набор методического материала: лекции и методические разработки по лабораторным работам, методические разработки для самостоятельной работы студентов.
Особую значимость в достижении цели обучения приобретает лабораторный практикум, где студенты приобретают навыки самостоятельной работы со сложными электромашинно-вентильными системами, практически изучают возможные способы управления и контроля электрических машин.
Неотъемлемой частью изучаемой дисциплины, незаменимым и высшим видом индивидуальной познавательной деятельности студента является курсовое проектирование. Проектируя какую-либо специальную электрическую машину, решая индивидуальную инженерную конструкторскую задачу, студент закрепляет и углубляет знания и умения. В этих видах познавательной деятельности студент приобретает новые знания и умения, обусловленные этим видом работы, а также накапливает ценный опыт самостоятельной работы с литературой, занимаясь поиском необходимой информации и её анализом.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Введение.
Общие сведения о специальных электрических машинах (СЭМ). Классификация СЭМ и их физическая структура. Особенности физических процессов в СЭМ.
2.2. Генераторы автономных энергетических систем.
2.3. Магнитоэлектрические машины.
Общие положения. Процессы намагничивания магнитотвердых материалов и их параметры. Стабилизация постоянных магнитов и их защита от нестационарных магнитных полей.
Конструктивные особенности синхронных магнитоэлектрических машин. Схемы замещения магнитных цепей и диаграмма магнита. Особенности рабочего процесса и параметров магнитоэлектрических синхронных машин.
Машины постоянного тока с постоянными магнитами, основные конструкции. Рабочая диаграмма магнита в двигателе постоянного тока, особенности реакции якоря и ее влияние на размагничивание магнита.
Регулирование величины напряжения в магнитоэлектрических машинах постоянного и переменного токов
2.4. Бесконтактные электрические машины с электромагнитным возбуждением.
Машины с клюво - и когтеобразными полюсами. Основные конструктивные типы машин с внешне- и внутри замкнутым магнитными потоками. Особенности параметров, схемы расчета магнитных цепей.
Индукторные машины. Принципы действия основных типов индукторных двигателей и генераторов. Униполярные машины с классической и гребенчатой зубцовыми зонами, разноименно полюсные машины с униполярным потоком.
Индукторные машины с переменным магнитным потоком (генератор Гюи). Особенности параметров индукторных машин. Сравнение пульсационных и переменно-полюсных машин.
СЭМ с комбинированным возбуждением. Общие принципы построения конструкций машин с комбинированным возбуждением. Регулирование напряжения в машинах с комбинированным возбуждением.
2.5. Асинхронные генераторы. Генераторы с возбуждением от сети. Основные характеристики. Автономные асинхронные генераторы с самовозбуждением. Типы возбудителей автономных асинхронных генераторов. Процесс самовозбуждения асинхронного генератора. Основные параметры и характеристики автономных асинхронных генераторов.
2.6. Вентильные электрические машины. Общие вопросы вентильных электрических машин. Классификация. Основные типы и их схемные решения.
Вентильные генераторы постоянного тока. Общие вопросы теории работы синхронных генераторов на неуправляемый выпрямитель. Системы уравнений токов и напряжений. Особенности реакции якоря при различных схемах выпрямления. Векторная диаграмма. Рабочие характеристики генераторов постоянного тока с различными схемными решениями. Пульсации выходного напряжения, коэффициент пульсаций. Основные способы уменьшения пульсаций.
Вентильные генераторы постоянного тока с обмотками, замкнутыми в многоугольник.
Особенности функционирования, реакция якоря и особенности ее проявления. Вентильные генераторы обращенной конструкции.
Вентильные генераторы переменного тока. Основные схемные и конструктивные решения. Классификация. Особенности работы синхронного генератора на управляемый выпрямитель.
Вентильный генератор переменного тока типа СГ-В-И. Основные характеристики, соотношения токов и напряжений, достоинства и недостатки, применение.
Вентильный генератор типа СГ-НПЧ. Особенности работы генератора на НПЧ с естественной коммутацией вентилей. Схемные решения однофазных и трехфазных генераторов. Реакция якоря и ее особенности.
Вентильные генераторы с НПЧ при искусственной коммутации вентилей. Эффекты подмагничивания и их использование при формировании характеристик генератора.
Вентильные двигатели. Принципы действия, схемные и конструктивные решения.
Вентильные двигатели постоянного тока. Инвертирование тока в вентильных двигателях постоянного тока (ВДПТ), угол нагрузки. Рабочие процессы и основные характеристики.
2.7. Электрические машины нетрадиционных типов.
Электромеханические накопители энергии. Импульсные и ударные генераторы. Генерирование мощных импульсов энергии электромеханическим устройством. Принцип действия ударного генератора.
Линейные электрические машины. Основные типы, особенности конструкций и функционирования.
Индуктивные параметрические машины. Емкостные параметрические машины. Основные типы, принципы действия, характеристики.
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Перечень лабораторных работ
1. Исследование работы синхронного генератора на управляемый выпрямитель c нулевой схемой 2 ч.
2. Исследование работы синхронного генератора на управляемый выпрямитель с мостовой схемой 2 ч.
3. Исследование бесконтактного двигателя постоянного тока 2 ч.
4.ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
Содержание проекта включает расчет и разработку конструкции какой- либо одной из специальных электрических машин: вентильного генератора постоянного или переменного тока. Здесь в качестве базового генератора могут быть заданы любые из рассматриваемых в курсе генераторов автономных энергетических установок. При этом студенты реализуют приобретенные умения рассчитывать и конструировать электротехнические устройства и навыки пользования ГОСТ, а также умения оформлять конструкторскую документацию в соответствии со стандартами ЕСКД.
В выполняемых курсовых проектах широко используются теоретические знания по электрическим машинам, а также практические навыки, полученные при выполнении индивидуальных домашних заданий. Проект включает вопросы, связанные с выбором основных электрических величин и главных размеров машины по техническому заданию, анализ которых позволяет уяснить многовариантность ее конструктивных решений, выбором типа обмоток и их расчетом, расчетом магнитных цепей и параметров. На заключительных этапах дается оценка теплового состояния проектируемой машины, механические характеристики ее вращающихся частей, выбираются силовые вентили, и разрабатывается конструкция преобразовательной установки.
В процессе проектирования студенты осваивают единство конструктивных, технологических и экономических решений, принимая компромиссный характер конструкции.
Объём проекта - расчетно-пояснительная записка формата А4 на 40-50 страницах со спецификацией сборочного чертежа электрической машины выполненного на листе формата А1.
Аудиторные занятия по курсовому проектированию учебным планом не предусмотрены. Проект выполняется в результате самостоятельной работы в течении 80 часов.
Образец задания на проектирование специальной электрической машины предоставлен в приложении А. Варианты заданий указаны в приложении В.
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная
1. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины.- М.: Высшая школа.1985.-225 с.
2. Бертинов А.И. и др. Специальные электрические машины.-М.:Энергоиздат,1982,-552 с.
3. ЦукублинА.Б., Лукутин Б.В. Вентильные электрические машины.Томск.: ИздТПИ, 1984, -94 с.
4. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока., М.: Высшая школа,1982,-272 с.
5. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу “ Специальные электрические машины” - Томск. Изд-во ТПУ,2003.
Дополнительная.
1. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. - М.: Высшая школа.1981
Приложение А
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Томский политехнический университет»
Электротехнический институт
Утверждаю:
Зав. кафедрой _____________РАПОПОРТ О.Л.
“____” _________________________ 2005 г.
Задание
по курсовому проектированию студенту группы З-7300
Рикову Андрею Валентиновичу
Тема проекта: Вентильный генератор постоянного тока
Срок начала проектирования 1 сентября 2005 г.
Срок сдачи студентом законченного проекта 30 декабря 2005г.
Исходные данные к проекту:
Мощность нагрузки Р = 10 кВт.
Напряжение нагрузки UH= 230 В.
Пульсации выходного напряжения не более 10%.
Режим нагрузки - продолжительный S1.
Базовый генератор – синхронный явнополюсный с гребенчатым ротором. Возбуждение - самовозбуждение.
Частота вращения n =1000 об/мин.
Степень защиты IP23. Характер установки - внутренняя
Способ монтажа IM1001.
Содержание расчетно - пояснительной записки
а) Определение расчетной мощности базового генератора.
б) Обоснование и выбор основных размеров базового генератора.
в) Расчет активного ядра базового генератора (Расчет магнитной цепи, выбор и расчеты главной обмотки статора и обмотки самовозбуждения)
г) Расчет обмотки возбуждения (расчет индуктора)
д) Определение параметров базового генератора.
е) Выбор вентилей силовой цепи и в цепи самовозбуждения генератора
ж) Расчет характеристик: регулировочной для базового генератора и внешней для вентильного генератора.
Перечень графического материала
1 лист формата А1 - сборочный чертеж вентильного генератора в двух проекциях с необходимыми вырезами и сечениями
Руководитель проекта __________________ ПОПОВ В.И.
З
адание к выполнению принял (дата, подпись)ЛИТЕРАТУРА (К выполнению проекта)
1. О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко Проектирование электрических машин: Учебник для втузов/ Под ред. О.Д.Гольдберга,-м.: Высшая шк. 1984 , 431с. ил.
2. В.А.Балагуров Проектирование электрических машин переменного тока: Учебное пособие для студентов вузов.- М.: Высшю шк. 1982 .- 272 с.
( См. раздел Особенности проектирования вентильных генераторов)
3. Д.А. Бут Бесконтактные электрические машины: Учебное пособие для электромех. и электроэнергетических спец. вузов.- М.: Высш. шк. 1990.- 416 с.ил.
4. Проектирование электрических машин. Учебное пособие под
редакцией Копылова И.П., М.: Энергия, 1980, 495 с.
Приложение В
Исходные данные к проекту:
(Вариант задания выбирается по двум последним цифрам шифра студента)
| Вари- ант | Мощность нагрузки P, кВт | Напряжение нагрузки U, В | Частота вращения генератора n , об/мин |
| 01 | 3,0 | 115 | 1000 |
| 02 | 3,0 | 230 | 1000 |
| 03 | 3,0 | 460 | 1000 |
| 04 | 3,0 | 115 | 750 |
| 05 | 3,0 | 230 | 750 |
| 06 | 3,0 | 460 | 750 |
| 07 | 3,0 | 115 | 600 |
| 08 | 3,0 | 230 | 600 |
| 09 | 3,0 | 460 | 600 |
| 10 | 5,0 | 230 | 1000 |
| 11 | 5,0 | 460 | 1000 |
| 12 | 5,0 | 115 | 750 |
| 13 | 5,0 | 230 | 750 |
| 14 | 5,0 | 460 | 750 |
| 15 | 5,0 | 115 | 600 |
Продолжение приложения В
Исходные данные к проекту:
| Вари- ант | Мощность нагрузки P, кВт | Напряжение нагрузки U, В | Частота вращения генератора n , об/мин |
| 16 | 7,5 | 115 | 1000 |
| 17 | 7,5 | 230 | 1000 |
| 18 | 7,5 | 460 | 1000 |
| 19 | 7,5 | 115 | 750 |
| 20 | 7,5 | 230 | 750 |
| 21 | 10,0 | 460 | 750 |
| 22 | 10,0 | 115 | 600 |
| 23 | 10,0 | 230 | 600 |
| 24 | 10,0 | 460 | 600 |
| 25 | 10,0 | 230 | 1000 |
| 26 | 12,0 | 460 | 1000 |
| 27 | 12,0 | 115 | 750 |
| 28 | 12,0 | 230 | 750 |
| 29 | 12,0 | 460 | 750 |
| 30 | 12,0 | 115 | 600 |
Примечания:
- Базовый генератор - синхронный явнополюсный
- Режим нагрузки – продолжительный S1
- Возбуждение базового генератора – самовозбуждение.
- Коэффициент пульсации напряжения генератора не более 10%.
- Степень защиты IP23
- Способ монтажа IM1001
- Характер установки генератора – внутренняя.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Рабочая программа
для студентов специальности 140601 «Электромеханика»
Института дистанционного образования
Составители: Попов Виталий Иванович
Цукублин Анатолий Борисович
Рецензент:Чесалин А.Д, доцент каф. ЭМА ЭЛТИ
Подписано к печати
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл.печ.л. 0,75. Уч.-изд.л. 0,63.
Тираж 100 экз. Заказ . Цена свободная.
Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина, 30.