Рабочая программа учебной дисциплины дисциплина: Прикладная теория автоматизированного электропривода Специальность: Мехатроника
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины «Математика» Специальность «Прикладная информатика, 322.42kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «теория систем и системный анализ» Направление, 223.11kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «теория систем и системный анализ», 298.49kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Теория вероятностей» Специальность «Математические, 91.14kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1-21/01 утверждаю, 360.66kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины по дисциплине «Основы мехатроники» для специальности, 231.43kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "системы автоматизированного проектирования электроустановок, 119.83kb.
- Рабочая программа по учебной дисциплине Экономика наименование учебной дисциплины (полное,, 876.11kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины судебная фотография и видеозапись Специальность, 90.44kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины судебная адвокатура Специальность 030501. 65 «Юриспруденция», 148.98kb.
   | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО- НАУЧНО-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. ______________
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 |
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.
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 и предметно-специализированными компетенциями, способствующими 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.
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.
3 Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы
Таблица 1 Распределение часов учебного плана
Вид учебной работы | Всего часов | |
| № | Общая трудоемкость дисциплины | 72 |
| 1 1.1 1.2 | Аудиторные занятия. Всего Лекции (Л) Практические занятия (ПЗ) | 38 22 16 |
| 2 | Индивидуальные занятия с преподавателями | 2 |
| 3 3.1 3.2 | Самостоятельная работа (СРС). Всего Курсовой проект Другие виды самостоятельной работы (подготовка к ПЗ, изучение теоретического материала) | 32 27 5 |
| Вид итогового контроля | Экзамен | |
4 Содержание дисциплины по темам и видам занятий
Таблица 2 Распределение нагрузки по темам и видам занятий
| № Раздела | Тема раздела | Количество часов | |||
| Всего | Л | ПЗ | СРС | ||
| 1 2 3 4 5 | Общие сведения об электроприводе. Принципы построения и элементная база. Регулирование координат в электроприводе постоянного тока Регулирование координат в электроприводе переменного тока Системы автоматизированного управления электроприводов постоянного тока Системы автоматизированного управления электроприводов переменного тока | 12 18 14 14 14 | 4 6 4 4 4 | 2 4 4 2 4 | 6 8 6 8 6 |
| Всего часов | 72 | 22 | 16 | 34 | |
5 Содержание лекционного курса
Таблица 3 Содержание лекционного курса
| № Раздела | № лекции | Тема лекции, план лекций | Кол-во час. | Рекомендуемая литература |
| 1 | 1 2 | Введение. Основные понятия и определения. 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. Механическая часть силового канала электропривода. Кинематические схемы, силы и моменты типовых машин и механизмов. Основное уравнения движения электромеханических систем. Режимы электромеханического преобразования энергии. Механические характеристики. Статическая устойчивость электроприводов. | 2 2 | |
| 2 | 3 4 5 | Понятие о регулировании координат электропривода. Показатели регулирования скорости электроприводов. Показатели регулирования тока и момента двигателей. Показатели регулирования положения электроприводов. Способы регулирования координат в электроприводе постоянного тока. Реостатное регулирование скорости, тока и момента электропривода постоянного тока. Схема включения двигателя. Расчет реостата графическим методом. Расчет реостата аналитическим методом. Расчет выдержек времени. Построение переходных процессов пуска двигателя. Достоинства и недостатки системы. Регулирование координат двигателей постоянного тока в системе «генератор – двигатель». Схема включения двигателя. Электромеханические и механические характеристики двигателя в системе. Двухзонное регулирование. Варианты реверсирования и торможения двигателя в системе. Достоинства и недостатки системы. Способы регулирования координат в электроприводе постоянного тока. Регулирование координат электропривода постоянного тока в системе «управляемый выпрямитель – двигатель». Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в системе. Варианты реверсирования и торможения двигателя в системе. Управление реверсивными преобразователями: совместное и раздельное управление. Достоинства и недостатки системы. Регулирование координат электропривода постоянного тока в системе «импульсный преобразователь – двигатель». Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в системе. Варианты реверсирования 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. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в системе. Варианты выполнения источников тока. Управление скоростью двигателя по средством нелинейной обратной связи по скорости. Достоинства и недостатки системы. | 2 2 2 | |
| 3 | 6 7 | Способы регулирование координат в электроприводе переменного тока. Регулирование момента и тока АД путем введения добавочного сопротивления в цепь статора. Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в системе. Расчет дополнительных сопротивлений. Достоинства и недостатки системы, область применения. Управление пуском АД при помощи электромагнитных муфт скольжения. Принцип действия электромагнитной муфты скольжения. Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических 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. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в различных схемах включения. Достоинства и недостатки системы, область применения. Реостатное регулирование скорости, тока и момента асинхронных двигателей. Схема включения двигателя. Расчет реостата графическим методом. Расчет реостата аналитическим методом. Расчет выдержек времени. Построение переходных процессов пуска двигателя. Достоинства и недостатки системы, область применения. Способы регулирование координат в электроприводе переменного тока. Импульсное регулирование скорости, момента и тока АД. Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических характеристик 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 характеристик двигателя в системе. Варианты реверсирования и торможения двигателя в системе. Квазичастотное регулирование. Регулирование напряжения по минимуму потерь электроэнергии. Достоинства и недостатки системы, область применения. Регулирование координат электропривода в системе «преобразователь частоты – двигатель». Схема включения двигателя. Особенности электромеханических и механических характеристик двигателя в системе при различных законах регулирования напряжения и частоты. Достоинства и недостатки системы, область применения. | 2 2 | // |
| 4 | 8 9 | Разомкнутые системы автоматизированного управления (САУ) двигателями постоянного тока. Назначение и классификация автоматизированных систем управления электроприводов. Защиты, применяемые в схемах электроприводов. Блокировки в электроприводе. Сигнализация в электроприводе. Релейно-контакторные системы управления двигателями постоянного тока. Принципы управления пуском и торможением двигателей в релейно-контакторных системах управления. Пуск двигателей постоянного тока в 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. Замкнутые системы автоматизированного управления двигателями постоянного тока. Общие принципы построения замкнутых систем управления. Схемы электропривода с общим усилителем. Схемы электропривода с подчиненным регулированием координат. Технически оптимальный переходный процесс. Оптимизация динамических режимов электропривода по принципу подчиненного регулирования координат. Расчет регулятора тока. Расчет регулятора скорости. Техническая реализация систем подчиненного регулирования: пропорциональные регуляторы (П-регуляторы), интегральные регуляторы (И-регуляторы), пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы), пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы (ПИД-регуляторы). | 2 2 | |
| 5 | 10 11 | Разомкнутые системы автоматизированного управления (САУ) двигателями переменного тока. Принципы управления пуском и торможением двигателей в релейно-контакторных системах управления. Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем. Пуск асинхронного двигателя в функции времени. Динамическое торможение асинхронных двигателей в функции времени. 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. Дискретные системы управления электроприводов. Математические основы построения дискретных 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 входные воздействия от аппаратов управления, датчиков и 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 элементы, воспринимающие выходные сигналы и выполняющие функции, для которых предназначено устройство (контакторы, электромагниты, сигнальные лампы и т. п.). Техническая реализация дискретных систем управления на элементах гибкой логики: программируемые контроллеры (ПЛК); центральный процессор; интерфейс между датчиками, исполнительными устройствами, адаптеры ввода-вывода; память программ; память данных; циклы выполнения программы; программирование ПЛК. | 2 2 | |
| Всего часов | 22 | | ||
6 Перечень практических занятий
Таблица 4 Рабочий план практических занятий и СРС
| Название практического занятия (ПЗ) | Кол-во часов на одно ПЗ | Номер методической литературы | Номер и стр. основной и (или) дополнительной литературы | |
| | Ауд. | СРС | | |
| 1. Механика электропривода | 2 | | | |
| 2. Электромеханические свойства двигателей независимого возбуждения (ДНВ) | 2 | | | |
| 3. Исследование регулировочных характеристик двигателя постоянного тока в системе с широтно-импульсным преобразователем напряжения. | 2 | | | |
| 4. Электромеханические свойства асинхронных двигателей (АД) | 2 | | | |
| 5. Переходные процессы в системах электропривода | 2 | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| Всего часов | 16 | | | |
7 Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы
Таблица 5
| № п/п | Вид самостоятельной работы | Неделя | Кол-во часов | Рекомендуемая литература |
| 1 2 3 4 | Подготовка к лекциям Подготовка к практическим занятиям Изучение теоретического материала 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
- Филиппов Б.А., Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. М.: МЭИ, 1977.
- Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992.
- Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990.
- Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1989.
- Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986.
- Белов, М. П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: Академия, 2004.
- В.И. Ключев. Теория электропривода. М.: Энергоиздат, 1998.
- 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.: Изд-во 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.