el_m_140400

10.Расчёт параметров и рабочих характеристик синхронного двигателя поэкспериментальным данным (3 часа).

3.7.Рефераты

1.Трансформаторы напряжения. Устройство и принцип действия. Применение в технике.

2.Режим холостого хода трансформатора. Схема замещения и векторная диаграмма. Условия проведения опыта холостого хода. Анализ и использование результатов опыта.

3.Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора. Связь параметров схемы с физическими процессами преобразования энергии.

4.Режим короткого замыкания трансформатора. Схема замещения и векторная диаграмма. Условия проведения. Анализ и использование результатов опыта.

5.Переходные процессы и перенапряжения в трансформаторах.

6.Определение параметров схемы замещения трансформатора по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

7.Энергетическая диаграмма трансформатора и её связь с параметрами схемы замещения.

8.Внешняя характеристика трансформатора и влияние на неё характера нагрузки.

9.Мощность потерь энергии и КПД трансформатора.

10.Трёхфазный трансформатор.

11.Автотрансформатор. Устройство и принцип работы. Характеристики и область применения.

12.Специальные типы трансформаторов (измерительные, сварочные, вентильных устройств). Особенности режимов их работы и конструкции.

13.Конструкции и классификация обмоток бесколлекторных машин

14.Схемы обмоток бесколлекторных машин

15.Электродвижущая сила катушки, группы катушек и фазы обмотки

16.Влияние временных гармоник на электромагнитные процессы в машинах

17.Конструктивные способы улучшения гармонического состава ЭДС

18.МДС катушки, обмотки и фазы

19.МДС трёхфазной обмотки.

20.Магнитное поле, формируемое трёхфазной обмоткой.

21.Индуктивные сопротивления электрических машин

22.Магнитная цепь электрической машины

23.Устройство и конструктивные параметры обмоток машин переменного тока.

24.Формирование кругового вращающегося магнитного поля с помощью трёхфазной системы токов.

25.Устройство короткозамкнутого ротора и физическое процессы в его обмотке при различных скоростях вращения.

26.Магнитные потоки в АД. Уравнения МДС и токов.

27.Уравненияэлектрического состояния. Схема замещения и векторная диаграмма.

28.Вращающий момент АД и его связь с параметрами схемы замещения.

29.Уравнение механической характеристики в абсолютных и относительных единицах. Характерные точки, участки и режимы работы.

30.Энергетические соотношения. Понятие электромагнитной мощности. Энергетическая диаграмма, КПД и коэффициент мощности.

31.Вопросы пуска АД. Прямой пуск. Улучшение пусковых свойств АД. Ступенчатый пуск с использованием переключения обмоток статора, добавочных резисторов в цепях статора и ротора, дросселей и автотрансформаторов.

32.Способы регулирования частоты вращения и характеристики АД.

33.Устройство, принцип действия, характеристики и области применения однофазных АД.

34.Устройство, принцип действия, характеристики и области применения двухфазных АД.

35.Конструкции синхронных машин (СМ).

36.Реакция якоря и её влияние на характеристики СМ.

37.Синхронный генератор. Принцип действия. Характеристика холостого хода.

11

38.Синхронный генератор. Уравнение Кирхгофа для обмотки статора и векторная диаграмма.

39.Синхронный генератор. Внешняя характеристика при работе на автономную нагрузку.

40.Синхронный двигатель. Уравнение Кирхгофа для обмотки статора и векторная диаграмма.

41.Синхронный двигатель. Угловая и механическая характеристики (уравнения, характерные режимы, участки, точки).

42.Регулирование коэффициента мощности. U-образные характеристики СМ. Синхронный компенсатор.

43.Вопросы пуска СД. Условие самозапуска.

44.Устройство, принцип действия и характеристики реактивных СД.

45.Устройство, принцип действия и характеристики гистерезисных СД.

46.Устройство, принцип действия и характеристики шаговых СД.

47.Устройство и принцип действия ДПТ.

48.Реакция якоря ДПТ. Влияние на характеристики двигателя. Способы компенсации.

49.Коммутация. Основные процессы при коммутации. Влияние на работу ДПТ. Способы улучшения.

50.Уравнение механической характеристики. Вывод из уравнения Кирхгофа для цепи якоря. Характерные точки, участки и режимы работы. Анализ влияния различных величин на механическую характеристику.

51.Преобразование энергии в ДПТ. Энергетические диаграммы для различных режимов работы.

52.Механические и регулировочные характеристики ДПТ независимого возбуждения.

53.Механические и регулировочные характеристики ДПТ последовательного возбуждения.

54.Пуск в ход ДПТ.

55.Достоинства и недостатки ДПТ. Особенности эксплуатации и ограничения.

56.Исполнительные двигатели постоянного тока. Особенности конструкции, способы управления, механические и регулировочные характеристики.

57.Вентильные двигатели. Устройство, принцип действия, характеристики и области применения.

58.Коллекторные двигатели переменного тока. Устройство, принцип действия, характеристики и области применения.

3.8. Курсовые работыподисциплине

не предусмотрены.

4. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Текущая аттестация студентов производится лектором и преподавателем, ведущими практические занятия и семинары по дисциплине в следующих формах:

•компьютерное тестирование;

•проверка письменных индивидуальных заданий;

•проверка рефератов;

•защита рефератов и заданий;

Рубежная аттестация студентов производится по окончании раздела дисциплины в форме:

• компьютерного тестирования.

Промежуточный контроль по результатам семестра по дисциплине проходит в форме:

• компьютерного тестирования.

Итоговый контроль по дисциплине проходит в форме

• компьютерного тестирования.

Фонды оценочных средств, включающие типовые задания, контрольные работы, тесты и методы контроля, позволяющие оценить РО по данной дисциплине, включены в состав УМК дисциплины и перечислены вПриложении 4.

Критерии оценивания, перечень контрольных точек и таблица планирования результатов обучения приведены вПриложениях 4 и 5 к Рабочей программе.

12

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

а) основная литература:

1.Беспалов В.Я. Электрические машины. Учебное пособие для вузов. СПб.: «Академия», 2008. 320 с.

2.Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Учебник для вузов. СПб.: «Питер», 2010. 352 с.

3.Епифанов А.П. Электрические машины: Учебник для вузов. – М.: «Лань», 2006, – 272 с.

4.Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов. – М.: «Высшая школа», 2009, – 607 с.

5.Усольцев А.А. Электрические машины/Учебное пособие. СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 415 с.

б) дополнительная литература:

6.Кардонов Г.А., Никитина М.В., Толмачёв В.А., Усольцев А.А. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электротехника»/Часть 2. Электрические машины. – СПб.: СПб ГУИТМО, 2005. – 43 с.

7.Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями/Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 2006. – 94 с.

8.Усольцев А.А. Современный асинхронный электропривод оптико-механических комплексов/Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 2011. – 164 с.

9.Усольцев А.А. Электрические машины автоматических устройств/Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 2011. – 213 с.

10.Усольцев А.А., Толмачёв В.А. и др. Исследование двухфазного исполнительного асинхронного двигателя и систем приборного электропривода на его основе/Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 1997, 72 с.

11.Толмачёв В.А., Кротенко В.В. и др. Системы электропривода с бесконтактными двигателями постоянного тока/Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 1997, 50 с.

в) программное обеспечение: Интернет-ресурсы, электронные библиотечные системы: de.ifmo.ru, ets.ifmo.ru

6.МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Лекционные занятия:

a.комплект электронных презентаций/слайдов,

b.аудитория 571, оснащенная презентационной техникой (проектор, экран, компьютер/ноутбук),

c.комплект интерактивных моделей характеристик и процессов в электрических машинах.

2.Практические занятия:

a.компьютерный класс (ауд. 583),

b.презентационная техника (проектор, экран, компьютер/ноутбук),

c.пакеты ПО общего назначения (текстовые редакторы, графические редакторы, математический пакет Scilab),

d.специализированное ПО: виртуальные лабораторные работы и интерактивные модели электрических машин,

3.Лабораторные работы

a.лаборатория электрических машин (571), оснащенная тремя универсальными и пятью специализированными стендами для исследования характеристик электрических машин,

b.шаблоны отчетов по лабораторным работам,

4.Прочее

a.рабочее место преподавателя, оснащенное компьютером с доступом в Интернет,

13

b.рабочие места студентов, оснащенные компьютерами с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде,

14

Приложение 1 к рабочей программе дисциплины «Электрические машины»

Аннотация рабочей программы

Дисциплина «Электрические машины» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника». Дисциплина реализуется на факультете компьютерных технологий и управления Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики кафедрой электротехники и прецизионных электромеханических систем.

Дисциплина нацелена на формирование

общекультурных компетенций способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей еедостижения;

способности и готовности овладения основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, использования компьютера как средства работы с информацией;

и профессиональных компетенций способности и готовности использовать информационные технологии, в том числе современ-

ныесредства компьютернойграфикивсвоейпредметнойобласти; способности демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и го-

товности использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; готовности выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессио-

нальной деятельности, и способности привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат; способности рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назна-

чения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов; способности выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабаты-

ватьрезультатыэкспериментов; выпускника.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с физическими процессами, принципами действия, теорией, конструкцией, характеристиками, эксплуатацией и областями применения различных типов электрических машин.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы, практические занятия, самостоятельная работа студента.

Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль успеваемости в форме выполнения и защиты письменных домашних заданий и лабораторных работ, а также компьютерного тестирования, рубежный контроль в форме компьютерного тестирования и промежуточный контроль в форме компьютерного .тестирования.

Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 272 часа. Программой дисциплины предусмотрены лекционные (64 часа), практические (32 часа), лабораторные (32 часа) занятия и самостоятельная работа студента (144 часа).

15

Лекция 1. Информационная лекция. Особенности работы трансформатора при переходном процессе. Включение в сеть трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой. Внезапное короткое замыкание на зажимах вторичной обмотки трансформатора, ударный ток короткого замыкания. Электродинамические силы, возникающие при внезапном коротком замыкании. Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Оценка возможных уравнительных токов, распределение нагрузки между трансформаторами. Лекция 2. Информационная лекция. Конструктивные особенности и схемы автотрансформаторов. Преимущества и недостатки автотрансформаторов по сравнению с обычными трансформаторами. Области применения.

Лекция 3. Информационная лекция. Уравнения равновесия напряжений и МДС. Схема замещения и векторная диаграмма. Изменение вторичных напряжений. Соотношение между мощностями обмоток. Области применения трансформаторов. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения. Трансформаторы для дуговой электросварки. Трансформаторы, работающие на выпрямитель.

Практические и семинарские занятия - 3 часа.

Занятие 1. Решение задач по определению КПД трансформатора при работе на заданную нагрузку.

Лабораторный практикум - 7 часов, 1 работа Работа 1. Исследование характеристик трёхфазного трансформатора. Работа выполня-

ется в группах по 2-3 человека на универсальных стендах лаборатории электрических машин. Целью работы является получение навыков работы с оборудованием и ознакомление с методикой исследования характеристик трёхфазного трансформатора.

Управление самостоятельной работой студента - 12 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий, лабораторных работ и рефератов.

Раздел 3. Обмотки бесколлекторных машин Теоретические занятия (лекции) - 8 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Устройство и принцип действия асинхронной машины. Устройство и принцип действия синхронной машины. Особенности устройства многофазных коллекторных машин переменного тока.

Лекция 2. Информационная лекция. ЭДС обмотки от основной гармоники магнитного поля. ЭДС обмотки от высших гармоник магнитного поля. Улучшение формы кривой ЭДС Лекция 3. Информационная лекция. Конструкция обмоток. Трёхфазные однослойные и двухслойные обмотки. Двухфазные обмотки.

Практические и семинарские занятия - 6 часов.

Занятие 1. Решение задач по расчету гармонического состава ЭДС и МДС по заданным конструктивным данным статора.

Занятие 2. Решение задач по расчёту обмоточного коэффициента по конструктивным данным статора

Лабораторный практикум – не предусмотрен Управление самостоятельной работой студента - 8 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий и рефератов.

Раздел 4. Магнитные поля и магнитные цепи электрических машин Теоретические занятия (лекции) - 7 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Магнитодвижущая сила фазы обмотки. Магнитодвижущие силы многофазных обмоток. Вращающиеся волны тока.

Лекция 2. Информационная лекция. Магнитные поля обмоток переменного тока. Главные индуктивные сопротивления обмоток. Индуктивные сопротивления рассеяния. Расчёт магнитного поля в воздушном зазоре.

Практические и семинарские занятия - 2 часа.

17

Занятие 1. Решение задач по расчёту обмоточного коэффициента при заданном условии подавления временных и пространственных гармоник магнитного поля определению КПД трансформатора при работе на заданную нагрузку.

Лабораторный практикум – не предусмотрен Управление самостоятельной работой студента - 12 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий и рефератов.

Раздел 5. Особые условия эксплуатации и специальные типы трансформаторов Теоретические занятия (лекции) - 9 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Физические явления в короткозамкнутой обмотке, расположенной во вращающемся магнитном поле. Конструкции роторовасинхронных машин. Лекция 2. Информационная лекция. Уравнения напряжений асинхронной машины и их преобразование. Схемы замещения асинхронной машины. Режимы работы, энергетические соотношения и векторные диаграммы асинхронной машины Лекция 3. Информационная лекция. Электромагнитный момент. Механическая характери-

стика. Гистерезисный, вихревой и реактивные моменты. Электромагнитные моменты от высших гармоник.

Лекция 4. Информационная лекция. Обоснование круговой диаграммы. Построение круговой диаграммы по данным опытовхолостого хода и короткого замыкания.

Практические и семинарские занятия - 6 часов.

Занятие 1. Решение задач по определению параметров схемы замещения асинхронного короткозамкнутого двигателя по данным опытов холостого хода и короткого замыкания Занятие 2. Решение задач по определению параметров схемы замещения асинхронного короткозамкнутого двигателя по справочным данным

Лабораторный практикум - 5 часов, 1 работа Работа 1. Исследование механической характеристики трёхфазного асинхронного дви-

гателя с короткозамкнутым /фазным ротором. Работа выполняется в группах по 2-3 че-

ловека на универсальных стендах лаборатории электрических машин. Целью работы является получение навыков работы с оборудованием и ознакомление с методикой исследования механических характеристик трёхфазного асинхронного двигателя с фазным и с короткозамкнутым ротором.

Управление самостоятельной работой студента - 26 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий, лабораторных работ и рефератов.

Раздел 6. Эксплуатационные характеристики машин общего применения и специальные типы асинхронных машин

Теоретические занятия (лекции) - 8 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Рабочие характеристики. Механическая характеристика и эксплуатационные требования кней. КПД иэнергетические диаграммы.

Лекция 2. Информационная лекция. Глубокопазные двигатели. Двигатели с двойной беличьей клеткой. Другие разновидности двигателей с вытеснением тока.

Лекция 3. Информационная лекция. Способы пуска асинхронны двигателей. Регулирование скорости вращения асинхронных короткозамкнутых двигателей. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей с фазным ротором.

Лекция 4. Информационная лекция. Двухфазные и однофазные асинхронные двигатели. Асинхронный генератор с самовозбуждением. Асинхронный преобразователь частоты. Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей.

Практические и семинарские занятия - 3 часов.

Занятие 1. Решение задач по определению режима работы статорной цепи асинхронного короткозамкнутого двигателя при заданной нагрузке на валу

Лабораторный практикум - 4 часа, 1 работа

18

Работа 1. Исследование рабочих характеристик трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым /фазным ротором. Работа выполняется в группах по 2-3 человека на универсальных стендах лаборатории электрических машин. Целью работы является получение навыков работы с оборудованием и ознакомление с методикой исследования механических характеристик трёхфазного асинхронного двигателя с фазным и с короткозамкнутым ротором.

Управление самостоятельной работой студента - 26 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий, лабораторных работ и рефератов.

Раздел 7. Синхронные электрические машины Теоретические занятия (лекции) - 9 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Конструкция синхронных машин. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения. Магнитное поле и параметры обмотки якоря. Магнитные поля и параметры успокоительной обмотки. Реакция якоря.

Лекция 2. Информационная лекция. Уравнения статора синхронной машины. Векторные диаграммы синхронной машины. Вращающий момент синхронной машины. Угловая характеристика мощности и вращающего момента. Синхронизирующая мощность и синхронизирующий момент. Статическая устойчивость синхронной машины.

Лекция 3. Информационная лекция. Угловые характеристики мощности, вращающего и синхронизирующего момента двигателя. Пуск синхронных двигателей. U-образные характеристики двигателя. Синхронные компенсаторы. Физическая сущность колебаний синхронных машин. Динамическая устойчивость синхронной машины. Успокоительная обмотка.

Лекция 4. Информационная лекция. Реактивные и гистерезисные синхронные двигатели. Тихоходные и шаговые синхронные двигатели. Машины двойного питания. Индукторные синхронные машины.

Практические и семинарские занятия – не предусмотрены. Лабораторный практикум - 4 часа, 1 работа

Работа 1. Исследование угловой и U-образной характеристик трёхфазного синхронного двигателя Работа выполняется в группах по 2-3 человека на универсальных стендах лаборатории электрических машин. Целью работы является получение навыков работы с оборудованием и ознакомление с методикой исследования угловой и U-образной характеристик трёхфазного синхронного двигателя.

Управление самостоятельной работой студента - 25 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий, лабораторных работ и рефератов.

Раздел 8. Коллекторные двигатели Теоретические занятия (лекции) - 8 часов.

Лекция 1. Информационная лекция. Принцип действия коллекторного двигателя постоянного тока. Конструкция ротора коллекторного двигателя. Обмотки ротора коллекторного двигателя. Коллектор. Конструкция статора коллекторного двигателя. Магнитное поле в воздушном зазоре коллекторного двигателя. Магнитное поле зубцовой зоны. Магнитодвижущие силы сердечника якоря, полюсов и ярма. Реакция якоря и её виды. Компенсационная обмотка. ЭДС якоря и электромагнитный момент.

Лекция 2. Информационная лекция. Процесс коммутации. ЭДС коммутируемой секции. Способы улучшения коммутации. Экспериментальная проверка и настройка коммутации. Предельная мощность машины постоянного тока.

Лекция 3. Информационная лекция. Механическая и электромеханическая характеристики двигателей постоянного тока. Пуск и регулирование скорости вращения.

Лекция 4. Информационная лекция. Особенности работы коллекторных двигателей на переменном токе. Трёхфазные коллекторные двигатели. Характеристики однофазных универсальных коллекторныхдвигателей. Фильтры коллекторных двигателей.

19

Практические и семинарские занятия - 8 часов.

Занятие 1. Решение задач по определению параметров цепи якоря двигателя постоянного тока по справочным данным Занятие 2. Решение задач по определению параметров механической характеристики

двигателя постоянного тока по справочным данным Занятие 3. Решение задач по определению режима работы цепи якоря двигателя постоянного тока при заданной нагрузке на валу

Лабораторный практикум - 4 часа, 1 работа Работа 1. Исследование характеристик двигателя постоянного тока с независимым воз-

буждением Работа выполняется в группах по 2-3 человека на универсальных стендах лаборатории электрических машин. Целью работы является получение навыков работы с оборудованием и ознакомление с методикой исследования характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Управление самостоятельной работой студента - 25 часов.

Консультации по выполнению индивидуальных заданий, лабораторных работ и рефератов.

.

20