Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю»

Проректор по УМР ОмГТУ

_ Л.О. Штриплинг

«»_ 2013 год

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА» (П.С.3.01.04) для направления подготовки специалистов 140107.65 «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов»

Омск, 2013 г.

Разработана в соответствии с ФГОС ВПО, ООП по направлению подготовки специалитета 140107.65 «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов».

Программу составил: к.т.н., должность _/Н.С. Морозова/ Обсуждена на заседании кафедры от «»201 г. № Зав. кафедрой _/Е.Г. Андреева/ «_»201г.

Согласовано:

Руководитель ООП _/В.Н. Горюнов/ «_»201г.

Ответственный за методическое обеспечение ООП _/Д.Г. Сафонов «_»201г.

1. Цели и задачи дисциплины Основной целью дисциплины «Электромеханика» является формирование у студентов теоретической базы по современным электромеханическим преобразователям энергии, которая позволит им успешно решать теоретические и практические задачи в их профессиональной деятельности, связанной с проектированием, испытаниями и эксплуатацией электрической техники.

Основные задачи дисциплины «Электромеханика»:

1) классифицировать электромеханические преобразователи и описывать сущность происходящего в них электромеханического преобразования энергии;

2) самостоятельно проводить расчеты по определению параметров и характеристикам электромеханических преобразователей энергии;

3) проводить элементарные испытания электромеханических преобразователей энергии.

Место дисциплины в структуре ООП 2.

Дисциплина «Электромеханика» входит в базовую часть «Профессионального цикла»

подготовки специалистов и является основой для дисциплин специализации № "Электроснабжение специальных технических систем и объектов".

Дисциплины, на которые опирается содержание данной учебной дисциплины:

«Теоретические основы электротехники» «История электроэнергетики», «Физика», «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», Дисциплины, для которых содержание данной дисциплины выступает опорой:

«Автоматизация технических систем специальных объектов», «Эксплуатация энергетических систем специальных объектов», «Электрические станции и подстанции».

3. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Электромеханика» должны быть сформированы следующие компетенции:

- способностью к логическому мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их достижения (ОК-9);

- способностью формулировать технические задания на разработку проектных решений, связанных с созданием нового конкурентоспособного и модернизацией действующего технологического оборудования, мероприятиями по улучшению эксплуатационных характеристик, улучшению условий труда, экономии ресурсов (ПК-15);

- способностью владеть методами опытной проверки оборудования и средств технологического обеспечения (ПК-27).

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. Основы теории электромеханического преобразования энергии;

З.2. Устройства и физические основы работы электрических машин;

З.3. Виды электрических машин, их схемы замещения и основные характеристики;

З.4. Эксплуатационные требования к различным видам машин;

- Уметь:

У1. Применять фундаментальные знания при эксплуатации электрических машин;

У.2. Эксплуатировать электрические машины;

У.3. Применять методы испытаний электрических машин;

У.4. Пользоваться технической и справочной литературой для выбора современных электрических машин и их эксплуатации;

- Владеть:

В.1. Методами анализа режимов работы электрических машин;

В.2. Навыками проведения стандартных испытаний электрических машин;

В.3. Методами расчета параметров электрических машин с применением современных информационных технологий.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Проектируемые результаты освоения Индекс компетенции 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Расчетно-графические работы Перевод теста / Рефераты защитам лабораторных работ, к теоретическим коллоквиумам, к зачетам работ, к экзаменам Вид аттестации за семестр (зачет, зач., экз. зач. экз.

экзамен, дифференцированный зачет) 5. Содержание разделов данной дисциплины по модулям и видам учебных занятий:

5.1. Содержание дисциплины по модулям.

1. Введение в электромеханику.

2. Трансформаторы.

3. Асинхронные машины.

4. Синхронные машины.

5. Машины постоянного тока.

электромеханического преобразования энергии. Физические законы, лежащие в основе работы электромеханических преобразователей. Структура электромеханических преобразователей и основные физические процессы в его конструктивных элементах. Энергетическая диаграмма и КПД электромеханических преобразователей.

Место и применение трансформаторов в энергетике. Принцип работы и Л, С конструкции трансформатора. Магнитные системы трансформаторов.

Обмотки трансформаторов.

Схемы замещения и математическая модель двухобмоточного трансформатора.

Режимы работы трансформатора. Режим холостого хода трансформатора: Л измерительная схема, расчет основных параметров векторная диаграмма, характеристики. Режим короткого замыкания: измерительная схема и расчет основных параметров трансформатора, векторная диаграмма, характеристики. Работа трансформатора при нагрузке: расчет основных параметров трансформатора, векторная диаграмма, характеристики.

Изменение вторичного напряжения и КПД трансформатора при нагрузке.

Трехфазные трансформаторы. Обозначения, схемы и группы соединения обмоток трансформатора. Автотрансформаторы. Многообмоточные трансформаторы. Параллельная работа трансформаторов.

Изоляция в трансформаторах. Нагрев и охлаждение трансформаторов.

Специальные трансформаторы: Сварочные, преобразовательных установок, пик-трансформаторы, вольтодобавочные, импульсные трансформаторы, магнитные усилители, преобразователи частоты.

асинхронных машин и создание вращающегося магнитного поля. Общие принципы выполнения многофазных обмоток. Магнитное поле электрической машины. ЭДС, индуцируемые в обмотках Механическая характеристика асинхронного двигателя. Устойчивость Л работы асинхронного двигателя. Рабочие характеристики асинхронного двигателя. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя.

асинхронного двигателя с фазным ротором. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом.

Специальные асинхронные двигатели: однофазные асинхронные двигатели; С двухфазные исполнительные асинхронные двигатели; асинхронный тахогенератор: преобразователь частоты; фазорегуляторы и индукционные регуляторы; вращающиеся трансформаторы; сельсины; линейные двигатели.

Принцип действия и устройство синхронных машин. Системы возбуждения синхронных машин: механические системы возбуждения; тиристорные независимые системы возбуждения и самовозбуждения, бесщеточные системы возбуждения, реверсивные системы возбуждения, постоянные магниты в системах возбуждения Схема замещения и векторная диаграмма синхронной машины. Уравнения установившегося режима синхронных машин: с неявнополюсным ротором, с явнополюсным ротором. Мощность и электромагнитный момент синхронной машины. Работа синхронной машины параллельно с сетью.

Угловые характеристики синхронных машин. U-образные характеристики синхронных машин. Основные характеристики синхронного генератора.

Энергетическая диаграмма синхронного генератора. Рабочие характеристики синхронного двигателя. Энергетическая диаграмма синхронного двигателя.

Специальные синхронные двигатели: реактивные синхронные двигатели;

синхронные двигатели с постоянными магнитами; гистерезисные синхронные двигатели; субсинхронные двигатели Области применения машин постоянного тока. Принцип действия и конструкция машин постоянного тока. Магнитная система машин постоянного тока. Обмотки якоря: простая и сложная петлевая и волновая обмотки; смешанная обмотка Реакция якоря: влияние реакции якоря при насыщении магнитопровода; реакция якоря при смещении щеток с нейтрали. Компенсационная обмотка.

Электродвижущая сила обмотки якоря. Коммутация: общие положения; основное уравнение коммутации; свойства щеточного контакта и потенциальные условия на коллекторе; круговой огонь. Контроль качества коммутации и способы его улучшения.

Генераторы постоянного тока: основные уравнения; независимое, параллельное и смешанное возбуждение. Характеристики генераторов. Параллельная работа генераторов.

Электродвигатели постоянного тока: основные уравнения; независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение. Характеристики двигателей. Пуск. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.

Работа в тормозных режимах.

5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1 Содержание лабораторных работ Лабораторных работы предназначены для углубления и закрепления теоретических знаний, а также для приобретения навыков проведения испытаний электротехнических установок, оформления результатов испытаний и расчетов.

Лабораторные работы выполняются по индивидуальному графику бригадами, состоящими из 5-7 студентов. За период обучения студент выполняет 8 лабораторных работ (по лабораторных работ в семестр для очного обучения).

Лабораторная работа. Испытание однофазного трансформатора.. Лабораторная работа. Испытание трехфазного трансформатора Лабораторная работа. Испытания трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Лабораторная работа. Испытания асинхронного двигателя с фазным Лабораторная работа. Изучение характеристик синхронного генератора. Лабораторная работа. Изучение характеристик синхронного двигателя. Лабораторная работа. Испытания генератора постоянного тока Лабораторная работа. Испытания двигателя постоянного тока 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Электромеханика»

используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

6.1.4. Метод проектов.

Методы активизации учебного процесса 6.2.

Интерактивные формы обучения 6.3.

№ Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 5 семестр СРС. Метод проектов. Работа в команде.

5 семестр Лабораторная работа. Работа в команде.

Модуль 2. СРС. Работа с литературой. Метод проектов. Работа в 5 семестр Лабораторная работа. Работа в команде.

Модуль 3 СРС. Опережающая самостоятельная работа 6 семестр Лабораторная работа. Работа в команде.

Модуль 4 СРС. Работа с литературой. Метод проектов. Работа в 6 семестр Лабораторная работа. Работа в команде.

Модуль 5 СРС. Опережающая самостоятельная работа Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 7.1.

самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины;

поиск и обзор литературы и электронных источников;

чтение и изучение учебника и учебных пособий.

3. Выполнение домашних заданий, подготовка к практическим занятиям 4. Подготовка к лабораторным занятиям, оформление отчетов к лабораторным работам 7.2. Темы курсовых работ 1. Проектирование трехфазного трансформатора (модуль № 2).

2. Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (модуль № 3).

8. Оценка качества освоения программы дисциплины 8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ …-2012) Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Электромеханика» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- вопросы к защите курсовой работы;

- вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ;

- вопросы к итоговому заданию по лабораторным работам;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Электромеханика» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1. Введение в электромеханику 1. Цель и задачи электромеханики.

2. Роль электрических машин в современной технике.

3. Классификация электромеханических преобразователей.

4. Физические законы, лежащие в основе работы электромеханических преобразователей.

5. Структура электромеханических преобразователей и основные физические процессы в его конструктивных элементах.

Модуль 2. Трансформаторы 1. Место и применение трансформаторов в энергетике.

2. Принцип работы и конструкции трансформатора.

3. Магнитные системы трансформаторов.

4. Обмотки трансформаторов.

5. Схемы замещения и математическая модель двухобмоточного трансформатора.

6. Режим холостого хода трансформатора: измерительная схема, расчет основных параметров векторная диаграмма, характеристики.

7. Режим короткого замыкания: измерительная схема и расчет основных параметров трансформатора, векторная диаграмма характеристики.

8. Работа трансформатора при нагрузке: расчет основных параметров трансформатора, векторная диаграмма, характеристики.

9. Изменение вторичного напряжения.

10. КПД трансформатора при нагрузке.

11. Трехфазные трансформаторы: обозначения, схемы и группы соединения обмоток трансформатора.

12. Параллельная работа трансформаторов.

13. Изоляция в трансформаторах.

14. Нагрев и охлаждение трансформаторов.

15. Специальные трансформаторы: автотрансформаторы, многообмоточные трансформаторы, сварочные, преобразовательных установок, пик-трансформаторы, вольтодобавочные, импульсные, магнитные усилители, преобразователи частоты.

Модуль 3. Асинхронные машины 1. Устройство и принцип действия асинхронной машины.

2. Обмотки асинхронных машин и создание вращающегося магнитного поля. Общие принципы выполнения многофазных обмоток. Магнитодвижущие силы многофазных обмоток.

3. Магнитное поле электрической машины и индуцируемые им ЭДС.

4. Работа асинхронной машины при заторможенном роторе и при вращающемся роторе.

5. Схема замещения асинхронной машины.

6. Круговая диаграмма асинхронной машины.

7. Механическая характеристика асинхронного двигателя.

8. Устойчивость работы асинхронного двигателя.

9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

10. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя.

11. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

12. Специальные асинхронные двигатели: однофазные асинхронные двигатели; двухфазные исполнительные асинхронные двигатели; асинхронный тахогенератор: преобразователь частоты; фазорегуляторы и индукционные регуляторы; вращающиеся трансформаторы;

сельсины; линейные двигатели.

Модуль 4. Синхронные машины 1. Принцип действия и устройство синхронных машин.

2. Системы возбуждения синхронных машин: механические системы возбуждения;

тиристорные независимые системы возбуждения и самовозбуждения, бесщеточные системы возбуждения, реверсивные системы возбуждения, постоянные магниты в системах возбуждения.

3. Схема замещения и векторная диаграмма синхронной машины.

4. Уравнения установившегося режима синхронных машин: с неявнополюсным ротором, с явнополюсным ротором.

5. Мощность и электромагнитный момент синхронной машины.

6. Работа синхронной машины параллельно с сетью.

7. Угловые характеристики синхронных машин.

8. U-образные характеристики синхронных машин.

9. Основные характеристики синхронного генератора.

10. Энергетическая диаграмма синхронного генератора.

11. Рабочие характеристики синхронного двигателя.

12. Энергетическая диаграмма синхронного двигателя.

13. Специальные синхронные двигатели: реактивные синхронные двигатели; синхронные двигатели с постоянными магнитами; гистерезисные синхронные двигатели; субсинхронные двигатели.

Модуль 5. Машины постоянного тока 1. Области применения машин постоянного тока.

2. Принцип действия и конструкция машин постоянного тока.

3. Магнитная система машин постоянного тока.

4. Обмотки якоря: простая и сложная петлевая и волновая обмотки; смешанная обмотка.

5. Потери и КПД машин постоянного тока.

6. Реакция якоря: влияние реакции якоря при насыщении магнитопровода; реакция якоря при смещении щеток с нейтрали.

7. Компенсационная обмотка.

8. Электродвижущая сила обмотки якоря.

9. Коммутация: общие положения; основное уравнение коммутации; свойства щеточного контакта и потенциальные условия на коллекторе; круговой огонь. Контроль качества коммутации и способы его улучшения.

10. Генераторы постоянного тока: основные уравнения; независимое, параллельное и смешанное возбуждение.

11. Характеристики генераторов постоянного тока.

12. Параллельная работа генераторов постоянного тока.

13. Электродвигатели постоянного тока: основные уравнения; независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение.

14. Характеристики двигателей постоянного тока.

15. Пуск двигателей постоянного тока.

16. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.

17. Работа двигателей постоянного тока в тормозных режимах.

18. Специальные машины постоянного тока: машины с возбуждением от постоянных магнитов;

вентильные машины постоянного тока; исполнительные двигатели постоянного тока;

электромашинные усилители.

9. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ.

9.1. Технические средства обучения и контроля.

9.1. 1. Демонстрация учебных кино- и видеофильмов.

9.1.2. Показ слайдов.

9.1..3. Использование учебных плакатов.

9.1. 4. Демонстрация макетов и деталей, изготовленных в металле.

9.2.. Вычислительная техника.

9.2.1- При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающей и контролирующей программой, содержащей учебный материал по отдельным вопросам курса (система «Прометей»);

9.2.2. При выполнении курсовой работы имеется возможность применения ЭВМ для расчета рутинных операций: выполнение расчетов; выполнение графической части;

9.2.3. При проведении лабораторных работ - применение расчетных программ на ЭВМ по обработке результатов эксперимента.

10. Материальное обеспечение дисциплины.

Специализированная лаборатория электромеханики и электрических аппаратов (6-138).

Лаборатория укомплектована следующими лабораторными стендами:

- стенд «Электрические машины»;

- стенд «Испытание однофазных трансформаторов»;

- стенд «Испытание трехфазных трансформаторов»;

-стенд «Испытание АД с короткозамкнутым ротором»;

- стенд «Испытание АД с фазным ротором»;

- стенд «Испытание синхронного генератора»;

- стенд «Генератор постоянного тока»;

- стенд «Двигатель постоянного тока»;

- стенд «Электромашинный усилитель».

11 Литература.

11.1. Основная литература 1. Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: учеб. для вузов по напр.

подгот. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и «Электромеханика» / А.И.

Вольдек, В.В. Попов. – СП., [и др.]: Питер, 2007. – 349 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учеб. Для вузов по напр. Подгот. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и «Электромеханика» / А.И. Вольдек, В.В. Попов. – СП., [и др.]: Питер, 2007. – 319 с.

11.2. Дополнительная литература 1. Электрические машины: метод указания к выполнению лаб. работ. Ч.1. Машины постоянного тока. Асинхронные машины /состав. Н.С. Морозова, Е.А. Дюба. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 53 с.

2. Электрические машины: метод указания к выполнению лаб. работ. Ч.2. Синхронные машины.

Трансформаторы /состав. Н.С. Морозова, Е.А. Дюба. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 36 с.

3. Электрические машины: метод. указания к самостоятельной работе / состав. Н.С. Морозова.

– Омск, Изд-во ОмГТУ, 2009. – 41 с.

4. Электрические машины: сборник заданий для практических занятий / состав. Н.С. Морозова.

– Омск, Изд-во ОмГТУ, 2009. – 42 с.

5. Проектирование электрических машин: учеб. для студентов электромех. и электроэнерг.

специальностей вузов / И.П. Копылов [и др.]; под ред. И.П. Копылова. – М.: Юрайт, 2011. – 11.3. Периодические издания 1. Электричество: 1992-2013.

2. Электротехника: 1992-2013.

3.Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2006-2013.

11.4. Информационные ресурсы 1. Научная электронная библиотека elibrary.ru 2. Интегрум.

3. Патенты России.

4. ЭБС «АРБУЗ».

5. Elsevier Engineering.