МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

ОТЧЁТ

о результатах работы по договору № 4.1.1.4.027

разработка методических указаний к лабораторным и практическим занятиям «Электромагнитный анализ электромеханических устройств»

в рамках мероприятия 4.1.1 «Разработка новых основных образовательных программ, в том числе на основе международных стандартов CDIO» задачи 4.1 «Разработка и реализация конкурентоспособных основных программ высшего профессионального образования» СИ 4 «Образование».

Санкт-Петербург

2016

Список исполнителей работы

№ п/п	Фамилия, имя, отчество	Учёная степень, учёное звание	Что сделано	Подпись исполнителей, дата
1	Прокофьев Геннадий Иванович	Доктор технических наук, профессор	Осуществлено руководство процессом разработки учебно-методических материалов указаний, а также внесение корректировок и замечаний.	12.12.2015
2	Григорьев Евгений Александрович	Кандидат технических наук	Разработаны учебно-методические материалы указаний к лабораторным и практическим занятиям «Электромагнитный анализ электромеханических устройств» по дисциплине «Компьютерные технологии исследования и проектирования комплексов и систем»	12.12.2015

Реферат

Разработка содержит: результаты анализа и синтеза вопросов повышения эффективности обучения студентов для получения ими углублённых инженерных знаний, призванных поддержать инициативу CDIO (Conceive – Design – Implement – Operate, т. е. Задумка – Проект – Реализация – Эксплуатация) по разделам дисциплины «Компьютерные технологии исследования и проектирования комплексов и систем», связанных с автоматизированным электротехническим проектированием средствами специализированного программного обеспечения. Цель обучения студентов состоит в том, чтобы они могли продемонстрировать:

1. Теоретические знания и практические навыки автоматизации проектной деятельности применительно к профессии;

2. Мастерство в создании и эксплуатации новых продуктов и систем;

3. Понимание важности и стратегического значения роли автоматизации инженерной деятельности в научно-техническом развитии общества.

Работа посвящена разработке: учебно-методических материалов (элементов УМК), а именно разработке методических указаний к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Компьютерные технологии исследования и проектирования комплексов и систем», включающие теоретические сведения по моделированию электромагнитных полей различного применения в электромеханических объектах, и задания по решению ряда практических задач анализа электромагнитных полей в различных устройствах.

Материалы предназначены для: магистрантов первого курса СПбГЭТУ, обучающихся по направлению "Электроэнергетика и электротехника", и призваны познакомить студентов с одной из сред автоматизированного электротехнического проектирования, реализующих технологию анализа электромагнитного поля.

Работа состоит из: введения, общих рекомендаций по подготовке и выполнению 3-х лабораторных работ, списков рекомендованной литературы для каждой работы, изложенных на 52 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 3 таблицы.

Рецензент, д.т.н., профессор каф. ЭТПТ СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Демидович В.Б.

Оглавление

Введение...........................................................................................................6

Общие рекомендации по подготовке и выполнению работ………………..…9

Работа №1. Постановка магнитостатической задачи и ее расчет на примере 3-х фазной катушки индуктивности…….…………………………………….10

Работа №2. Постановка задачи вихревых токов и ее расчет на примере исследования электромагнитного поля системы проводников….........................29

Работа №3. Исследование явления электромагнитной индукции на примере движения постоянного магнита внутри медного цилиндра……………..…41

Заключение ………………………………………………………………......…51

Введение

Место методических материалов в составе УМКД по дисциплине «Компьютерные технологии исследования и проектирования комплексов и систем»:

• выполнение лабораторных и практических работ по вопросам, связанным с автоматизированным проектированием электромеханических устройств и систем;

• использование в выпускной квалификационной работе при исследовании сложных электромеханических устройств.

Новизна: разрабатываемые материалы для направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника» впервые посвящены подробному освещению вопросов, с которыми сталкивается выпускник при разработке и проектировании электромеханических устройств и систем в специализированном программном обеспечении (САПР).

Поддерживаемые и обеспечиваемые компетенции (ФГОС по направлению подготовки 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника (уровень магистратуры)):

• способность самостоятельно выполнять исследования (ПК-2);

• способность формулировать технические задания, разрабатывать и использовать средства автоматизации при проектировании и технологической подготовке производства (ПК-6);

• способность применять методы создания и анализа моделей, позволяющих прогнозировать свойства и поведение объектов профессиональной деятельности (ПК-8);

• готовность применять методы и средства автоматизированных систем управления технологическими процессами электроэнергетической и электротехнической промышленности (ПК-23);

• способность принимать решения в области электроэнергетики и электротехники с учетом энерго- и ресурсосбережения (ПК-24).

Затраты времени в процессе обучения на методические действия: 6-12 часов лабораторных, практических и самостоятельных занятий.

Число студентов, которые должны использовать методические материалы: 40…45 человек в лабораторных, практических и самостоятельных занятиях.

Допустимые повторения для разных студентов: работы выполняются без повторений вариантов заданий в лабораторных работах учебной группы.

Объём разрабатываемых методических материалов: число тем -1;число работ - 3.

Способ проверки освоения методических материалов: результаты выполнения работ оцениваются преподавателем в процессе вербального опроса студентов и выполнения ими заданий преподавателя, направленных на выявление степени выполненного студентами анализа опций и познания среды автоматизированного моделирования, а также анализом отчета студента по выполненным исследованиям.

Число расчётных заданий в составе комплекса методических материалов: 15 вариантов индивидуальных заданий.

Заявка на сами методические материалы, их характеристика:

Лабораторные работы направлены на знакомство с компьютерными автоматизированными технологиями анализа и проектирования (исследования) сложных устройств, в состав которых входят электромеханические узлы, работа которых непрерывно связана с электромагнетизмом.

Работа каждого электротехнического устройства непременно сопровождается возникновением электромагнитного поля, которое в большинстве случаев является нестационарным. Понимание правильной работы электромеханических устройств неразрывно связано с анализом и исследованием влияния электромагнитных полей как на работу устройств в целом, так и на окружающую их среду. Это позволяет понять сущность происходящих в системе процессов и в конечном итоге обуславливает способность правильно производить выбор и расчет любого электротехнического устройства.

К таким компьютерным технологиям анализа сложных устройств относится среда ANSYS Maxwell, которая позволяет решать самые разные электротехнические задачи. По своему содержанию лабораторные работы включают разделы, связанные с задачами по магнитостатике, электромагнетизму, задачами вихревых токов и электромеханике.

Основная цель методических материалов - способствовать формированию у студентов ключевых профессиональных, личностных и творческих компетенций.

Выполнение всех работ является обязательным для студентов. Лабораторные работы являются эффективным средством обучения работы с программой ANSYS Maxwell 3D, способствуют применению полученных на практике знаний по электромагнитному анализу для формирования и укрепления у студентов прочной системы знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков. Они помогают развитию мышления у студентов, так как побуждают к выполнению умственных операций: анализу, синтезу, сравнению, обобщению и др.

Методические указания могут служить кратким справочником, используемым при создании моделей в рассматриваемой среде.