Рабочая программа учебной дисциплины «Электромеханические системы электрических аппаратов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________

·  использовать современные компьютерные и информационные технологии (УК-9);

·  понимать современные проблемы электротехники (УК-11);

·  понимать научно-техническую политику в области проектирования электромеханических систем электрических аппаратов (ПК-1);

·  формулировать технические задания, разрабатывать и использовать средства автоматизации при проектировании электромеханических систем электрических аппаратов (ПК-28);

·  использовать прикладное программное обеспечение для расчета параметров и выбора электромеханических систем электрических аппаратов (ПК-32);

·  проводить анализ электромагнитных процессов в различных электрических аппаратах с учетом особенностей их схемотехнических решений и конструкции (ПСК2).

·  рассчитывать переходные процессы в линейных и нелинейных электрических цепях, в том числе используя современные методы моделирования (ПСК4).

·  рассчитывать электромеханические аппараты постоянного и переменного токов (ПСК6).

Задачами дисциплины являются

·  изучение существующих типовых конструкций электромеханических систем электрических аппаратов;

·  освоение методов моделирования и анализа динамики работы различных типов электромеханических систем электрических аппаратов с применением компьютерных программных средств моделирования электромагнитных полей и магнитных цепей;

·  создание личной компьютерной библиотеки специалиста – банка типовых задач, возникающих при проектировании электромеханических систем электрических аппаратов.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к дисциплинам по выбору вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров «Электрические аппараты управления и распределения энергии» направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах:

теоретические основы электротехники, основы теории электрических аппаратов, механизмы электрических аппаратов, математическое моделирование электротехнических объектов.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин: «Современные проблемы электроаппаратостроения», «Проектирование электрических аппаратов», а также программы магистерской подготовки «Электрические аппараты управления и распределения энергии».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  типовые конструкции электромеханических систем электрических аппаратов и перспективные направления их совершенствования (ОК-6, ОК-9, ПК-2);

·  методы расчетов параметров электромеханических систем электрических аппаратов различных типов, компьютерные программные средства для моделирования и анализа процессов в этих устройствах (ПК-9, ПК-13, ПК-14);

·  прикладное программное обеспечение для расчета параметров и выбора электромеханических систем электрических аппаратов (ПК-32);

Уметь:

·  проводить анализ процессов в различных электромеханических системах электрических аппаратах с учетом особенностей их схемотехнических решений и конструкции (ПСК2).

·  рассчитывать переходные процессы в линейных и нелинейных электрических цепях, в том числе используя современные методы моделирования (ПСК4).

·  рассчитывать электромеханические системы аппаратов постоянного и переменного токов (ПСК6).

Владеть:

·  навыками решения типовых задач, возникающих при анализе процессов в электромеханических системах электрических аппаратов (ПК-12, ПК-14);

·  навыками работы с прикладным программным обеспечением для моделирования электромеханических систем ( ПК-14).

·  навыками использования программного обеспечения для расчета параметров и выбора электромеханических систем электрических аппаратов (ПК-32);

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единицы, 216 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Электромеханическая система электрического аппарата. Основные понятия, термины и определения. Методическая основа и программное обеспечение для моделирования и анализа процессов

20

1

4

2

-

14

Тест на знание терминологии программных средств

2

Электромеханические системы электрических аппаратов с электромагнитными и магнитоэлектрическими приводами

48

1

8

4

-

36

Контрольная работа

3

Электромеханические системы электрических аппаратов с электродинамическими и индукционными приводами

27

1

6

3

-

18

Тест: анализ процессов в электромеханических системах с электродинамическими и индукционными приводами

4

Магнитные муфты, опоры и подшипники.

Управляемый магнитный подвес.

45

1

6

3

-

36

Подготовка реферата

5

Электрические аппараты с пьезоэлектрическими и магнитострикционными преобразователями

27

1

6

3

-

18

Контрольная работа

6

Электромеханические системы со сверхпроводящими элементами

45

1

6

3

-

36

Подготовка реферата

Зачет

2

1

-

-

-

2

Дифференцированный

Экзамен

2

1

-

-

-

2

Устный

Итого:

216

36

18

162

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Электромеханическая система электрического аппарата. Основные понятия, термины и определения. Методическая основа и программное обеспечение для моделирования и анализа процессов

Электромеханическая система и физические подсистемы электромеханических систем электрических аппаратов. Основные понятия, термины и определения. Принципы построения макроскопических моделей для анализа динамических процессов в электромеханических системах. Методы расчетов параметров макроскопических моделей и взаимосвязи между различными подсистемами. Методическая основа и программное обеспечение для моделирования и анализа процессов.

2. Электромеханические системы электрических аппаратов с электромагнитными и магнитоэлектрическими приводами

Типовые конструкции электромеханических систем электрических аппаратов с электромагнитными и магнитоэлектрическими приводами: контактных устройств, регуляторов, позиционеров, вибрационных устройств, клапанов. Обоснование макроскопических моделей. Определение параметров моделей с помощью анализа электромагнитного поля. Примеры составления моделей практических задач и анализа динамики работы электромеханических систем электрических аппаратов с электромагнитными и магнитоэлектрическими приводами. Основные преимущества и недостатки рассматриваемых систем.

3. Электромеханические системы электрических аппаратов с электродинамическими и индукционными приводами

Типовые конструкции электромеханических систем электрических аппаратов с электродинамическими и индукционными приводами. Обоснование макроскопических моделей. Определение параметров моделей с помощью анализа электромагнитного поля. Примеры составления моделей практических задач и анализа динамики работы электромеханических систем электрических аппаратов с с электродинамическими и индукционными приводами. Основные преимущества и недостатки рассматриваемых систем.

4. Магнитные муфты, опоры и подшипники. Управляемый магнитный подвес.

Типовые конструкции магнитных муфт. Расчет параметров на основе анализа электромагнитного поля. Моделирование динамики работы электромеханической системы с бесконтактными магнитными муфтами. Статические магнитные опоры и подшипники. Основные характеристики, особенности применения в электромеханических системах. Управляемый (активный) магнитный подвес. Расчет осевых и радиальных опор. Принципы построения системы управления. Моделирование и анализ работы электромеханической системы управляемого магнитного подвеса.

5. Электрические аппараты с пьезоэлектрическими и магнитострикционными преобразователями

Пьезоэлектрики и пьезоэлектрические преобразователи. Типовые конструкции. Уравнения состояния пьезоэлектрика, пьезоэлектрические материалы. Макроскопические модели электрической и механической подсистем пьезоэлектрического преобразователя. Расчет параметров моделей и динамических характеристик преобразователя.

Магнитострикционные материалы и магнитострикционные преобразователи. Типовые конструкции. Уравнения состояния, магнитострикционные материалы. Макроскопические модели электрической и механической подсистем магнитострикционного преобразователя. Расчет параметров моделей и динамических характеристик преобразователя.

6. Электромеханические системы со сверхпроводящими элементами

Низкотемпературные и высокотемпературные сверхпроводящие материалы и их электрофизические свойства. Анализ магнитного поля магнитных систем со сверхпроводящими элементами. Применение сверхпроводников в электромеханических преобразователях. Магнитные подшипники и подвесы на основе высокотемпературных сверхпроводников.

4.2.2. Практические занятия

Применение программного обеспечения для расчетов электрических цепей (Sim Power Systems Matlab Simulink) и анализа электромагнитных полей (EasyMAG 3D, ANSYS) для моделирования процессов в электромеханических системах электрических аппаратов:

  ¾  основные инструменты и способы работы с программным обеспечением при анализе электромеханических систем;

  ¾  примеры постановки и решения задач в программной среде Sim Power Systems и EasyMAG 3D.

Электромеханические системы электрических аппаратов с электромагнитными и магнитоэлектрическими приводами:

  ¾  моделирование и анализ динамики работы электромеханической системы контактора постоянного тока;

  ¾  моделирование и анализ динамики работы клапанного механизма с электромагнитным приводом пропорционального действия;

  ¾  моделирование и анализ динамики работы вибрационного устройства с магнитоэлектрическим приводом.

Электромеханические системы электрических аппаратов с электродинамическими и индукционными приводами:

  ¾  моделирование и анализ динамики работы исполнительного механизма электрического аппарата с электродинамическим приводом;

  ¾  моделирование и анализ динамики работы механизма электрического аппарата с индукционным приводом.

Магнитные муфты, опоры и подшипники, управляемый магнитный подвес:

  ¾  моделирование и анализ динамики работы электромашинного привода с бесконтактными магнитными муфтами;

  ¾  расчет и сопоставительный анализ характеристик статических магнитных подшипников;

  ¾  моделирование и анализ работы основных элементов электромеханической системы управляемого магнитного подвеса.

Электрические аппараты с пьезоэлектрическими и магнитострикционными преобразователями:

  ¾  моделирование и анализ частотных характеристик пьезоэлектрического преобразователя;

  ¾  моделирование и анализ частотных характеристик магнитострикционного преобразователя;

Электромеханические системы со сверхпроводящими элементами:

  ¾  использование диамагнитных свойств высокотемпературных свойств сверхпроводящих материалов для создания магнитных подшипников.

4.3. Лабораторные работы

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания

Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрены.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов.

Самостоятельная работа включает написание рефератов, подготовку к тестам и контрольным работам, а также подготовку к зачету и экзамену по дисциплине.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются тест, контрольные работы, на лекциях и рефераты.

Аттестация по дисциплине – зачет и устный экзамен.

Оценка за освоение дисциплины рассчитывается как среднеарифметическая оценка за контрольные работы тесты и рефераты.

В приложение к диплому вносится оценка за экзамен.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  Электрические и электронные аппараты : учебник для вузов в 2 т Т.1 : Электромеханические аппараты / , [и др.] : под ред. , ; учебник– М.: Академия, 2010

2.  Электрические и электронные аппараты : учебник для вузов в 2 т Т.2 : Электронные аппараты / , [и др.] : под ред. ; учебник– М.: Академия, 2010

3.  Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.

б) дополнительная литература:

1.  Математическое моделирование электромеханических систем электрических аппаратов: учеб. пособие / . – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 110 с.