Программа дисциплины

ОПД.Ф.09 ''ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД''

Рекомендуется УМЦ КГТУ им. А.Н. Туполева

для подготовки дипломированных специалистов

направление 140600 (654500) "Электротехника, электромеханика и электротехнологии",

специальности 140607 (180800) ''Электрооборудование автомобилей и тракторов'',

140609 (181100) "Электрооборудование летательных аппаратов"

Форма обучения: очная

1. Цели и задачи дисциплины

Основная цель преподавания электрического привода заключается в подготовке специалистов по разработке, проектированию и анализу электроприводов как разомкнутых систем, освоение способов управления их скоростью и электромагнитным моментом, а также в освоении теории, необходимой для изучения последующих профилирующих курсов специализации.

В настоящее время промышленностью выпускается множество различных электроприводов постоянного и переменного тока. Современное производственное оборудование и транспортные средства содержат много подвижных элементов, которые нужно перемещать по требуемому закону или стабилизировать положение с высокой точностью. Это привело к тому, что одной из важных задачей разработчика является обоснованный и грамотный выбор типа исполнительного двигателя, определение его мощности, выбор типа и передаточного отношения редуктора, разработка функциональной схемы электропривода.

Электропривод может работать в установившемся и переходном режимах. В нем могут протекать электромагнитные, электромеханические и тепловые переходные процессы.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

· устройство, принцип действия, параметры, уравнения и характеристики исполнительных двигателей постоянного тока, переменного тока и шаговых двигателей;

· устройство, принцип действия, параметры и характеристики редукторов для электропривода, правила приведения параметров исполнительного механизма к валу двигателя;

· характеристики различных типов статического момента исполнительных механизмов, понятие статической и динамической балансировки;

· основные соотношения при выборе мощности исполнительного двигателя по типовому движению;

· основные функциональные схемы электроприводов, принцип действия и назначение элементов;

· уравнения и характеристики электромагнитных, электромеханических и тепловых переходных процессов в электроприводах различных типов.

уметь:

· производить выбор типа и мощности исполнительного двигателя;

· находить передаточное отношение редуктора и его выходные параметры;

· обосновывать требования к электроприводу по статическому моменту иси типовому движению исполнительного механизма;

· рассчитывать электромагнитные, электромеханические и тепловые переходные процессы в разомкнутых электроприводах различных типов

3. Объем дисциплины и виды учебной работы.

Виды учебной работы	Всего часов	Семестры
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия	68	68
Лекции
Лабораторные работы
Самостоятельная работа	92	92
Базовая СРС
Дополнительная СРС
Подготовка к экзаменам
Вид итогового контроля		Экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Тематический план

№	Наименование тем	Лекции	Лабораторные работы
1.	Введение	*
2.	Типовая структура разомкнутых электроприводов, их элементы и режимы работы	*
3.	Управление электроприводами с двигателями постоянного тока	*	*
4.	Управление электроприводами с асинхронными двигателями	*	*
5.	Управление электроприводами с синхронными двигателями	*
6.	Электроприводы с шаговыми двигателями и с электромагнитами	*
7.	Исполнительные механизмы, объекты управления	*
8.	Передаточные устройства	*
9.	Переходные процессы в электроприводах	*
10.	Основы расчета и проектирования электроприводов	*

4.2. Содержание тем

МОДУЛЬ 1

1. Введение – 2 часа (самост. – 4 ч.)

Назначение курса, его структура и содержание. Учебная литература. Термины и определения в области электроприводов. ГОСТ 16593-89.

Значение автоматизированных электроприводов для механизации и автоматизации рабочих процессов. Особенность условий работы электроприводов на автономных подвижных объектах. Основные требования, предъявляемые к электроприводам.

2. Типовая структура разомкнутых электроприводов, их элементы и режимы работы – 5 часов (самост. – 7 ч.)

Электродвигательное, передаточное, усилительно-преобразовательное и управляющее устройства, датчики сигналов. Объект управления, исполнительный механизм. Классификация электроприводов.

Установившиеся и переходные процессы. Электромагнитный момент, момент на валу и момент потерь. Статический и динамический моменты. Механические характеристики электродвигателя и исполнительного механизма. Точка равновесия моментов.

3. Управление электроприводами с двигателями постоянного тока – 8 часов (самост. – 11 ч.)

Естественная и искусственные механические характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения. Тормозные режимы работы: рекуперативное торможение, торможение противовключением и динамическое торможение. Способы управления скоростью и моментом: по напряжению якоря, реостатное и ослаблением магнитного потока. Жесткость механической характеристики. Построение естественной механической характеристики по номинальным данным.

Естественная механическая характеристика электродвигателя последовательного возбуждения. Управление по напряжению и реостатное.

4. Управление электроприводами с асинхронными двигателями – 9 часов (самост. – 13 ч.)

Естественная механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя и ее построение по номинальным данным. Тормозные режимы работы трехфазных асинхронных двигателей. Обобщенная машина, соответствующая асинхронному двигателю. Статическая устойчивость электропривода.

Управление скоростью и моментом двигателя по напряжению обмотки статора, реостатное по цепи фазного ротора. Система "инвертор напряжения – двигатель". Частотно-токовое управление в моментном асинхронном двигателе.

Механические характеристики и регулировочные свойства двухфазных асинхронных двигателей. Амплитудное, фазовое и амплитудно-фазовое управление скоростью. Следящая система с двухфазным асинхронным двигателем и сельсинами.

5. Управление электроприводами с синхронными двигателями – 8 часов (самост. – 11 ч.)

Характеристика синхронизирующего момента синхронного двигателя. Активный и реактивный моменты. Обобщенная машина, соответствующая синхронному двигателю.

Способы пуска синхронного двигателя: применение асинхронной обмотки, питание от автономного инвертора частоты, применение датчика положения ротора. Моментный электропривод с двухфазным синхронным двигателем и синусно-косинусным вращающимся трансформатором.

6. Электроприводы с шаговыми двигателями и с электромагнитами – 6 часа (самост. – 7 ч.)

Особенности конструкции, питающего напряжения и характера движения дискретного электропривода. Примеры электроприводов вращательного и поступательного движения.

Приводы с электромагнитами вращательного и поступательного движения. Тяговые характеристики электромагнитов при различных токах управления.

МОДУЛЬ 2

7. Исполнительные механизмы, объекты управления – 5 часов (самост. – 7 ч.)

Статические моменты: активный, реактивный, сухого и вязкого трения, вентиляторный, маятниковости. Момент инерции. Статическая и динамическая балансировка объекта с одной степенью свободы. Уравнения динамики при постоянном и переменном моменте инерции.

8. Передаточные устройства – 6 часа (самост. – 7 ч.)

Назначение передаточного устройства: передача механической мощности при удаленном объекте, обеспечение взаимного смещения, муфты сцепления-торможения, преобразование вращательного движения в поступательное, согласование с исполнительным механизмом по частоте вращения и по моменту.

Приведение статического момента и усилия к валу двигателя. Приведение момента инерции и массы к валу двигателя. Обратное приведение. Механические характеристики агрегата ''двигатель – редуктор''.

Люфты в передаточных устройствах. Упругий и вязкий удары. Уравнения сохранения кинетического момента и кинетической энергии. Условия потери контакта. Уравнения совместного и автономного движений ротора двигателя и объекта управления.

Момент потерь и КПД редуктора. Самотормозящиеся и несамотормозящиеся передачи. Статическая характеристика "вход – выход редуктора" с учетом потерь на трение.

Электроприводы с упругими связями. Дифференциальные уравнения движения электропривода с тремя степенями свободы. Частота собственных колебаний двух маховиков с упругой связью.

МОДУЛЬ 3

9. Переходные процессы в электроприводах – 14 часов (самост. – 18 ч.)

Классификация переходных процессов и учет механической, электромагнитной и тепловой инерционностей. Электромеханические переходные процессы в злектроприводе постоянного тока. Электромеханическая постоянная времени и передаточная функция.

Электромагнитные переходные процессы в электроприводе постоянного тока. Электромагнитная постоянная времени, передаточная функция. Переходный процесс с учетом механической и электромагнитной инерционностей. Условия апериодического и колебательного переходных процессов.

Переходные процессы в нелинейных системах электроприводов с двигателями последовательного возбуждения и асинхронными двигателями. Переходные процессы в шаговом и электромагнитном приводах.

Тепловые переходные процессы. Виды теплопередачи. Тепловое сопротивление, теплоемкость. Электрическая схема замещения тепловых процессов в системе "ротор – статор – среда". Тепловая постоянная времени.

Режимы работы электропривода: продолжительный, повторно-кратковре-менный, кратковременный. Средняя температура электродвигателей различных типов. Средний и среднеквадратический моменты.

10. Основы расчета и проектирования электроприводов – 5 часов (самост. – 7 ч.)

Основные этапы проектирования. Анализ технического задания. Построение нагрузочной диаграммы или механической характеристики исполнительного механизма. Выбор типа электродвигателя. Определение передаточного отношения редуктора. Построение статической характеристики электропривода. Расчет номинальной мощности двигателя. Рассмотрение переходных процессов электропривода. Проверка электродвигателя на перегрев по нагрузочной диаграмме. Выбор и обоснование схемы управления.

4.3. Лабораторный практикум

№	№ темы	Наименование лабораторных работ, объем в часах
		Исследование механических и электромеханических характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения – 4 часа
		Исследование электромеханических переходных процессов в электроприводе постоянного тока с одной степенью свободы – 4 часа
		Исследование механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя с системой генератор-двигатель – 4 часа
		Исследование исполнительного двухфазного асинхронного двигателя – 5 часов

4.4. Курсовой проект (работа) – не предусмотрены.

5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

5.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. Онищенко Г.Б. Электрический привод: учебник для вузов. – М.: РАСХН, 2003. – 320 с. – 37 экз.

2. Копылов И.П. Электрические машины: учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2002. – 607 с. – 21 экз.

3. Афанасьев А.Ю. Основы автоматизированного электропривода. Учебное пособие. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2005. – 122 с. – 50 экз.

4. Афанасьев А.Ю. Лабораторный практикум по дисциплине ''Электриче-ские приводы''. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2005. – 52 с. – 50 экз.

б) дополнительная литература:

5. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. – М.: Высш. школа, 2001. – 327 с. – 5 экз.

6. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с. – 1 экз.

7. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учебное пособие. – С.-Пб.: КОРОНА принт, 2002. – 256 с. – 3 экз.

8. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. – М.: МЭИ, 2001. – 224 с.

9. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. – М.: МЭИ, 2003. – 224 с.

10. Афанасьев А.Ю. Моментный электропривод. – Казань: Изд-во КГТУ, 1997. – 6 экз.

11. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. – М.: Высш. шк., 1988. – 7 экз.

12. Башарин А.В., Постников Ю В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 10 экз.

13. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода.– М.: Энергоиздат, 1981. – 90 экз.

5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины:

Имеются компьютерные версии учебного пособия по автоматизированному электроприводу и лабораторного практикума по дисциплине ''Электрический привод'' с вопросами для самопроверки.

6. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Специализированная лаборатория – 317, б ауд.

Оборудование для проведения лабораторных работ: 4 лабораторные установки

Программу составил:

Афанасьев А.Ю., профессор КГТУ им. А.Н. Туполева

Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры электрооборудования

«____» ______________2008 г., протокол №____.

Зав. кафедрой ЭО __________А.В. Ференец

Зав. выпускающей

кафедрой ЭО __________ А.В. Ференец

Председатель Учебно-методической

комиссии факультета __________Е.П. Семенова

Декан факультета __________А.А. Потапов

Дата добавления: 2015-11-16