Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю»

Проректор по УМР ОмГТУ

Л.О. Штриплинг

«»_ 20_ год

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ»

(П. С.3.01.05) 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., доцент А.А. Бубенчиков Обсуждена на заседании кафедры ЭсПП от «»_ 20_ г. № _ Зав. кафедрой ЭсПП В.Н. Горюнов «_» 2013г.

Руководитель ООП _ В.Н. Горюнов «_» 2013г.

Ответственный за методическое обеспечение ООП Д.Г. Сафонов «_» 2013г.

Цели и задачи дисциплины 1.

Основная цель дисциплины состоит в том, чтобы вооружить будущего специалиста знаниями физических основ электроприводов постоянного и переменного тока. К основным задачам дисциплины относится изучение:

- основных характеристики электродвигателей постоянного и переменного тока;

- схем электроприводов различного назначения;

- вопросы автоматизация электропривода;

- расчётов и выбора двигателей и иного электрооборудования при проектировании электрических приводов.

В результате освоения дисциплины «Автоматизация технических систем специальных объектов» должны быть сформированы следующие компетенции:

- способностью использовать языки, системы и инструментальные средства программирования в профессиональной деятельности (ПК-3);

- способностью составлять практические рекомендации по использованию результатов научных исследований (ПК-12);

- способностью применять правила и технологии монтажа, наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию оборудования систем тепло- и электроснабжения объектов (ПК-26);

- способностью к осуществлению надзора за всеми видами работ, связанных с эффективным и бесперебойным функционированием производственного оборудования (ПК-29).

Основные задачи дисциплины:

- Вооружить будущего специалиста глубоким пониманием вопросов автоматизация электропривода.

- Научить правильно рассчитывать и выбирать двигатели и иное электрооборудование при проектировании электрических приводов.

Место дисциплины в структуре ООП 2.

Дисциплина «Автоматизация технических систем специальных объектов» входит в базовую часть «Профессионального цикла» подготовки бакалавров и является основой для дисциплин цикла ОПД и СД.

Студент, начинающий изучение дисциплины «Автоматизация технических систем специальных объектов», должен знать физику в пределах программы вуза, знать разделы интегрального и дифференциального исчислений высшей математики, дисциплины «Электротехническое и конструкционное материаловедение», «Общая энергетика», «Промышленная электроника», «Энергоснабжение»

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах», «Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах».

Последующие дисциплины: «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Надежность электроснабжения»,.

3. Требования к результатам освоения дисциплины Студент, завершивший изучение данной дисциплины, должен: иметь представление о разомкнутых и замкнутых системах электропривода; знать классификацию электропривода, механику электропривода, показатели регулирования скорости, энергетические режимы работы двигателей постоянного и переменного тока, способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного и переменного тока, теорию нагревай охлаждения двигателей, расчет мощности и выбор типа двигателя и уметь применять их на практике.

- Знать:

З.1.Состав электромеханической системы электропривода.

З.2.Основные технико-экономические показатели автоматизированного электропривода систем специальных объектов.

З.3.Методы и средства разработки математического, информационного и программного обеспечения систем специальных объектов.

З.4. Основные системы автоматизированного электропривода систем специальных объектов и область их применения.

З.5. Способы регулирования скорости, момента и тока в электроприводе систем специальных объектов и методы их технической реализации.

- Уметь:

У1.Рассчитывать основные параметры и характеристики электроприводов систем специальных объектов.

У.2. Читать электрические принципиальные схемы управления типовых узлов систем электроприводов, и производить их аналитическое и экспериментальное исследование.

У.3.Разрабатывать мероприятия, направленные на повышение эффективности эксплуатации электропривода систем специальных объектов.

У.4.Рассчитывать и выбирать основные элементы систем управления.

У.5.Проводить моделирование и исследование режимов работы системы электропривода.

У.6. Проводить обследование объектов автоматизации систем специальных объектов.

У.7. Применять методы информационных технологий для исследования, моделирования, выполнения инженерных и проектных работ объектов и систем специального назначения.

- Владеть:

В.1.Представлением о конструкции и технологии работы различного оборудования объектов и систем специального назначения.

В.2. Инструментальными средствами компьютерного моделирования систем и объектов управления.

В.3.Методиками анализа работы автоматизированных электроприводов систем специальных объектов.

В.4.Навыками применения теории автоматизации и систем управления электроприводами к конкретным механизмам систем специальных объектов.

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 Всего аудиторных занятий:

Практические занятия (семинары) Лабораторные работы Самостоятельная работа:

Проработка лекций, подготовка к лекциям Вид аттестации за семестр (зачет, экзамен) 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям 5.1. Основные характеристики электродвигателей постоянного и переменного тока, определяющие их применение в производственных и коммунально-бытовых технологических процессах. 5.2.Основные схемы электроприводов различного назначения.

5.3.Автоматизация электропривода.

5.4. Расчёты и выбор двигателей и иного электрооборудования при проектировании электрических приводов.

Модуль 1. Основные характеристики электродвигателей постоянного и переменного тока, определяющие их применение в производственных и коммунально-бытовых технологических процессах Электропривод. Структурная схема. Составные части. Классификация ЭП. Л Механика электропривода. Уравнение движения ЭП. Инерционные и упругие звенья. Замена реальной кинематической схемы расчетной энергетически эквивалентной схемой. Приведение моментов инерции.

Замена реальной кинематической схемы расчетной энергетически Л эквивалентной схемой. Виды моментов сопротивления. Приведение моментов сопротивления. Одномассовая расчетная схема. Уравнение движения. Двухмассовая расчетная схема.

Уравнения движения. Установившееся движение ЭП. Естественная и Л,С искусственная механические характеристики двигателей. Механическая характеристика исполнительного органа. Определение скорости установившегося движения.

Схема включения и механическая характеристика ДПТ НВ. Уравнения Л,С ДПТ НВ. Энергетические режимы работы ДПТ НВ - двигательный, режим рекуперативного торможения, торможение противовключением, динамическое торможение. Режимы хх, кз Т - образная схема замещения АД. Система уравнений схемы замещения. Л,С Г - образная схема замещения АД. Механическая характеристика в осях M-S. Анализ зависимости вращающего момента АД от напряжения статора. Зависимость критического скольжения и момента от сопротивления ротора. Уточненная и упрощенная формулы Клосса.

Механическая характеристика АД в осях w – M.

Торможение АД - рекуперативное и противовключением. Динамическое Л,С торможение АД. Основные требования к пуску АД. Прямой пуск. Пуск при пониженном напряжении. Пуск при помощи реостата в цепи ротора.

Вращающий момент и угловая характеристика неяв-нополюсного СД. Л,С Вращающий момент и угловая характеристика явнополюсного СД.

Синхронный двигатель как генератор реактивной мощности. U- образные характеристики СД.

Модуль 2. Основные схемы электроприводов различного назначения Регулирование скорости ДПТ НВ изменением магнитного потока. Л Регулирование скорости ДПТ НВ изменением напряжения якоря. Пуск двигателей постоянного тока.

Способы регулирования скорости АД. Регулирование скорости АД путем Л,С изменения числа пар полюсов. Регулирование скорости АД путем изменения напряжения статора. Регулированием скорости АД введением дополнительного сопротивления в цепь ротора. Л Частотное регулирование. Регулирование скорости АД путем изменения f1 Л,С для РМ типа "сухое трение". Закон (Ui/fi)=const. Пропорциональное регулирование с IR - компенсацией. Регулирование скорости АД путем изменения f1 для РМ с вентиляторной и гиперболической механическими характеристиками. Регулирование скорости вверх от основной.

Основные требования к пуску АД- Прямой пуск. Пуск при пониженном Л,С напряжении. Пуск при помощи реостата в цепи ротора. Пуск СД.

Торможение СД.

Понятие устойчивости механического движения. Графический способ определения устойчивости. Жесткость механической характеристики ДПТ Л,С НВ. Жесткость механической характеристики АД. Определение устойчивости механического движения ЭП с помощью жесткости механических характеристик. Неустановившееся движение ЭП. Виды учитываемых инерционностей.

Переходные процессы вЭП при постоянном динамическом моменте. Л,С Переходные процессы в одномассовой системе "Двигатель с линейной механической характеристикой -исполнительный орган рабочей машины с постоянным моментом сопротивления".

Модуль 4. Расчёты и выбор двигателей и иного электрооборудования при проектировании электрических приводов Кпд электропривода. Основные составляющие. Цикловый кпд.

Постоянные и переменные потери в двигателях. Максимальный кпд.

Замена двигателей. Способы увеличения коэффициента мощности Теория нагрева и охлаждения двигателей. Расчет нагрева двигателя.

Режимы работы двигателей S1, S2, S3. Проверка двигателей по нагреву методом средних потерь Проверка двигателей по нагреву методом эквивалентного тока. Проверка двигателей по нагреву методом эквивалентного момента.

5.2. Содержание практических и лабораторных занятий 5.2.1. Содержание практических занятий Цель практических занятий – закрепление теоретического материала дисциплины, овладение методами решения задач.

Т - образная схема замещения АД. Система уравнений схемы замещения. Г - + образная схема замещения АД..

Синхронный двигатель как генератор реактивной мощности. + Модуль 4. Расчёты и выбор двигателей и иного электрооборудования при 5.2.2. Содержание лабораторных работ Цель лабораторного практикума – изучение методов экспериментального исследования, приобретение опыта в проведении лабораторных экспериментов, приобретение опыта математической обработки и интерпретации полученных результатов.

Лабораторный практикум выполняется индивидуально студентом в соответствии с графиком. За период обучения студент выполняет 4 лабораторных работы.

Модуль 1. Основные характеристики электродвигателей постоянного и переменного тока, определяющие их применение в производственных и коммунально-бытовых технологических процессах Лабораторная работа 1. Сопоставительный анализ переходных процессов в ДПТ + НВ при пренебрежении и учете электромагнитной постоянной времени. * Модуль 2. Основные схемы электроприводов различного назначения Лабораторная работа 2. Моделирование электроприводов постоянного тока с (П + и ПИ)-регуляторами скорости и идеальным усилителем мощности. * Лабораторная работа 3. Моделирование электроприводов постоянного тока с (П + и ПИ)-регуляторами скорости и транзисторным широтно-импульсным преобразователем* Модуль 4. Расчёты и выбор двигателей и иного электрооборудования при Лабораторная работа 4. Моделирование однократно-интегрирующей системы + подчиненного регулирования скорости двигателя постоянного тока с идеальным усилителем мощности и транзистоным широтно-импульсным преобразователем. * Компьютеризированный лабораторный комплекс.

6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Автоматизация технических систем специальных объектов» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

Проблемное обучение Контекстное обучение Обучение на основе опыта Индивидуальное обучение Междисциплинарное обучение Опережающая работа 6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 8 семестр Лабораторный практикум.

8 семестр Лабораторный практикум.

8 семестр Лабораторный практикум.

8 семестр Лабораторный практикум.

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.

7.3.1. Темы расчетно-графических работ.

7.3.1.1. Выбор электропривода для компрессорных машин и установок.

7.3.2. Самостоятельная проработка отдельных разделов лекционного курса с написанием рефератов Темы рефератов.

- Энергосбережение средствами электропривода.

- Ограничение пускового тока ДПТ НВ. Пусковая диаграмма. Расчет добавочных резисторов для цепи якоря.

- Передаточная функция ДПТ НВ. Замкнутый электропривод постоянного тока с пропорции онально-интегральным регулятором скорости. Структурная схема. Анализ устойчивости. Точность в установившемся режиме. Механическая характеристика.

- Трехфазные преобразователи частоты с автономными инверторами напряжения.

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

Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

2. Выполнение курсового проекта, подготовка к практическим занятиям 8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Автоматизация технических систем специальных объектов» могут привлекаться в качестве внешних экспертов:

представители выпускающей кафедры.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Автоматизация технических систем специальных объектов» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- вопросы к зачету;

- варианты расчетно-графических работ;

- вопросы для допуска к выполнению лабораторных работ;

- набор вариантов контрольных работ;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Автоматизация технических систем специальных объектов» 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.

1. Электропривод. Структурная схема. Составные части. Классификация ЭП по виду движения. Классификация ЭП по наличию и характеру передаточного устройства, по степени важности выполняемых операций, по роду тока, по виду силового преобразователя.

2. Классификация ЭП по виду электрического двигателя, по степени управляемости движения, по степени автоматизации, по принципу управления, по задаче управления.

3. Уравнение движения ЭП.

4. Инерционные и упругие звенья.

5. Замена реальной кинематической схемы расчетной энергетически эквивалентной схемой. Приведение моментов инерции.

6. Замена реальной кинематической схемы расчетной энергетически эквивалентной схемой. Виды моментов сопротивления. Приведение моментов сопротивления.

7. Одномассовая расчетная схема. Уравнение движения.

8. Двухмассовая расчетная схема. Уравнения движения.

9. Установившееся движение ЭП. Естественная и искусственная механические характеристики двигателей. Механическая характеристика исполнительного органа.

Определение скорости установившегося движения.

10. Понятие устойчивости механического движения. Графический способ определения устойчивости.

11. Жесткость механической характеристики ДПТ НВ.

12. Жесткость механической характеристики АД.

13. Определение устойчивости механического движения ЭП с помощью жесткости механических характеристик.

14. Неустановившееся движение ЭП. Виды учитываемых инерционностей.

15. Переходные процессы вЭП при постоянном динамическом моменте.

16. Переходные процессы в одномассовой системе "Двигатель с линейной механической характеристикой - исполнительный орган рабочей машины с постоянным моментом сопротивления".

17. Понятие о регулировании координат. Виды регулирования -параметрическое и в замкнутых системах.

18. Показатели регулирования скорости: диапазон регулирования, плавность регулирования.

19. Показатели регулирования скорости: направление регулирования, допустимая нагрузка двигателя, потери мощности, кпд.

20. Ограничение тока и момента двигателя. Регулирование тока и момента.

21. Регулирование положения ЭП.

Модуль 2.

1. Схема включения и механическая характеристика ДПТ НВ. Уравнения ДПТ НВ.

2. Энергетические режимы работы ДПТ НВ - двигательный, режим рекуперативного торможения.

3. Энергетические режимы работы ДПТ НВ - торможение противовключением, динамическое торможение. Режимы хх, кз.

4. Регулирование скорости ДПТ НВ изменением сопротивления в цепи якоря.

5. Ограничение пускового тока ДПТ НВ. Пусковая диаграмма.

6. Регулирование скорости ДПТ НВ изменением магнитного потока.

7. Регулирование скорости ДПТ НВ изменением напряжения якоря.

8. Пуск двигателей постоянного тока.

9. Т - образная схема замещения АД. Система уравнений схемы замещения.

10. Г - образная схема замещения АД. Механическая характеристика в осях M-S.

11. Анализ зависимости вращающего момента АД от напряжения статора. Зависимость критического скольжения и момента от сопротивления ротора.

12. Уточненная и упрощенная формулы Клосса. Механическая характеристика АД в осях w -М.

13. Регулирование скорости АД путем изменения числа пар полюсов.

14. Регулирование скорости АД путем изменения напряжения статора.

15. Регулированием скорости АД введением дополнительного сопротивления в цепь ротора.

Модуль 3.

1. Регулирование скорости АД путем изменения f1 для РМ типа "сухое трение". Закон (U1/f1)=const.

2. Регулирование скорости АД путем изменения f1. Пропорциональное регулирование с IR - компенсацией.

3. Регулирование скорости АД путем изменения f1 для РМ с вентиляторной и гиперболической механическими характеристиками. Регулирование скорости вверх от основной.

4. Торможение АД - рекуперативное и противовключением.

5. Динамическое торможение АД.

6. Основные требования к пуску АД. Прямой пуск. Пуск при пониженном напряжении.

7. Основные требования к пуску АД. Пуск при помощи реостата в цепи ротора.

8. Вращающий момент и угловая характеристика неявнополюсного СД.

9. Вращающий момент и угловая характеристика явнополюсного СД.

10. Синхронный двигатель как генератор реактивной мощности. U- образные характеристики СД.

11. Пуск СД.

Модуль 4.

1. Торможение СД. Область применения СД.

2. Кпд электропривода. Основные составляющие. Цикловый кпд.

3. Постоянные и переменные потери в двигателях. Максимальный кпд. Замена двигателей.

Способы увеличения коэффициента мощности.

4. Причины анализа теплового состояния двигателя. Расчет нагрева двигателя.

5. Режимы работы двигателей SI, S2, S3.

6. Проверка двигателей по нагреву методом средних потерь.

7. Проверка двигателей по нагреву методом эквивалентного тока.

8. Проверка двигателей по нагреву методом эквивалентного момента.

9. Расчет мощности и выбор типа двигателя.

10. Нереверсивная схема управления АД с торможением свободным выбегом.

11. Реверсивная схема управления АД.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1 Современные приборы, установки (стенды), специализированные лаборатории и классы: компьютерный класс.

9.1.2.Технические средства обучения и контроля.

9.1.2.1. Мультимедийные лекционные аудитории.

9.1.2.2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

9.1.3.2. При проведении лабораторных работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента, а также обучающее - контролирующих программ по проверке усвоения студентом знаний, полученных при выполнении лабораторной работы.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Москаленко, В.В. Электрический привод [Текст] : учеб. для вузов по специальности "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" / В. В. Москаленко. - Омск:

Изд-во ОмГТУ, 2007.-360, [1] с.

9.2.2. Дополнительная литература 1. Электрический привод [Текст] : метод, указания / А.И. Мирошник, О.А. Лысенко. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-28 с.

2. Мирошник, А.И. Электрический привод [Текст] : конспект лекций / А. И. Мирошник, О.

А. Лысенко. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - 99, [1] с. + ЭБС 3. Автоматизированный электропривод : метод. указания/ ОмГТУ; сост.: А. И. Мирошник, О. А. Лысенко. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009.-32 c. – 81 экз. + ЭБС 4. Электрический привод : метод. указания/ ОмГТУ; сост.: А. И. Мирошник, О. А.

Лысенко. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.-28 c. – 81 экз. + ЭБС.

5. Электрический привод [Электронный ресурс]: учеб. электрон. изд. локального распространения: метод. указания к практ. занятиям и самостоят. работе студента. Омск:

Изд-во ОмГТУ, 2013. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

9.2.3. Периодические издания 1. Промышленная энергетика. 2001-2013.

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

3. Электричество. 1989-2013.

9.2.4. Информационные ресурсы 1. ЭБС «АРБУЗ».

2. Научная электронная библиотека elibrary.ru.

3. Интегрум.

4. Elsevier Engineering.