Скачать 227.44 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника Профиль подготовки: Электромеханика Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСЧЕТЫ"
Москва - 2010 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целями освоения дисциплины является изучение: физических процессов в электрических машинах, их математического описания на основе теории электромагнитного поля, математических основ методов решения полевых задач, современных методов расчета параметров и характеристик электрических машин, тенденций развития методов электромагнитных расчетов электромеханических преобразователей энергии. По завершении изучения дисциплины студент будет способен:
В результате изучения дисциплины “Электромагнитные расчеты” обучающиеся должны: знать принцип действия современных электромеханических преобразователей энергии и особенности происходящих в них физических процессов; иметь общее представление о связи и взаимном влиянии методов расчета, основанных на теории электрических цепей и на теории электромагнитного поля; а также о тенденциях их современного развития; уметь использовать полученные знания при решении практических задач по проектированию, расчету параметров и характеристик электрических машин и аппаратов; владеть навыками решения полевых задач и электромагнитных расчетов электромеханических преобразователей энергии.
Задачами дисциплины являются
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Электромеханика" направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника». Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Высшая математика", "Физика", "Информатика", "Информационные технологии", "Специальная математика", Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы для изучения в дальнейшем профессиональных дисциплин учебного плана для указанного профиля подготовки: "Электрические машины", "Специальные электрические машины", "Проектирование электрических машин", "Электрические и электронные аппараты", "Математическое моделирование электрических машин", а также для выполнения бакалаврской выпускной квалификационной работы; для прохождения профессиональной практики; для последующего освоения программ магистерской подготовки. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (по ФГОС ВПО по направлению подготовки 140400 и соответствующей ему «Аннотации примерной программы дисциплины “Электромагнитные расчеты” ) В результате изучения дисциплины обучающиеся должны: Знать:
Уметь:
Владеть:
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов. 5семестр
6 семестр
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 5 семестр 1.Основные задачи курса. Обзор методов электромагнитных расчетов Основные задачи курса. Основные законы и понятия электромагнитного поля. Простейшая электрическая машина. Уравнения Максвелла. Векторные и скалярные поля. Уравнение Пуассона относительно векторного магнитного потенциала. Выражение энергии магнитного поля через векторный магнитный потенциал. Численные методы решения полевой задачи. Метод конечных элементов. Основные сведения о методе зубцовых контуров. 2. Математическое описание электромагнитного поля в машине Математическое описание электромагнитного поля в машине: внутренние и внешние граничные условия, постановка задачи. Электромагнитный момент и силы тяжения. 3 Аналитические методы исследования поля в электрической машине. Допущения. Магнитостатическая (стационарная) задача. Функция потока. Запись граничных условий через функцию потока и потенциальную функцию. Метод разделения переменных. Поле в плоском зазоре при гармоническом распределении потенциала. Упрощение формул в частных случаях. Поверхностные токи как источник поля. Поле в зазоре с учетом кривизны. Коэффициент затухания поля. Оценка погрешности при замене криволинейного зазора плоским. Комплексная потенциальная функция. Ортогональность линий функции потока и потенциальной функции. Выражение напряженности поля через комплексную потенциальную функцию. 4. Конформное преобразование. Основные свойства преобразования. Примеры конформного преобразования. Конформное преобразование с помощью логарифмической функции. Определение поля в кольцевом зазоре при гармоническом возбуждении одного из сердечников. 6 семестр 5. Магнитное поле в зазоре электрической машины с учетом зубчатости сердечников Определение постоянных в уравнениях Шварца-Кристоффеля. Магнитное поле в зазоре электрической машины с учетом зубчатости сердечников. Основные допущения. Разложение поля одиночного паза на четное и нечетное поля. Поле в зазоре около прямоугольного паза с током. Решение уравнения Шварца-Кристоффеля для области прямоугольного паза. Решение задачи о поле двух намагниченных пластин. Определение четного поля прямоугольного паза с током. Удельная магнитная проводимость для четного и нечетного полей.Коэффициент воздушного зазора. 6. Магнитное поле зубцового контура. Разностная проводимость для четного и нечетного полей в области прямоугольного паза. Зубцовый контур. Определения. Допущения, принимаемые при анализе поля зубцового контура. Особые граничные условия для области прямоугольного паза. Основное свойство зубцового контура. Магнитное поле зубцового контура с током. 7. Электромагнитные силы в магнитное поле Объемная плотность электромагнитных сил. Натяжения в магнитное поле. Поверхностная плотность электромагнитных сил. Электромагнитные силы, действующие на область паза с током во внешнем униполярном поле. Определение результирующей электромагнитной силы. Определение электромагнитных сил, действующих на зубцы и на проводник с током в области прямоугольного паза с током при наличии внешнего униполярного поля. 8. Переменное электромагнитное поле. Уравнения переменного магнитного поля для напряженностей магнитного и электрического полей и для векторного магнитного потенциала. Поток электромагнитной энергии в переменном электромагнитом поле. Вектор Пойнтинга. Плоское переменное квазистационарное электромагнитное поле. Допущения, граничные условия, выбор системы координат. Вид уравнений Максвелла для плоского электромагнитного поля. Переменное электромагнитное поле в проводящем магнитном полупространстве. Допущения. Решение основного уравнения. Глубина проникновения поля. Интегральные величины для переменного электромагнитного поля. Переменное магнитное поле в пластине магнитопровода. 9. Поверхностный эффект Поверхностный эффект в пластине магнитопровода. Расчет потерь. Оценка влияния поверхностного эффекта. Поверхностный эффект в прямоугольном проводнике в пазу электрической машины. Конструктивное исполнение стержней обмоток крупных электрических машин, транспозиция элементарных проводников. Коэффициент увеличения сопротивления на переменном токе. Определение оптимального числа элементарных проводников стержня, лежащего в прямоугольном пазу. Расчет магнитного потока в брусе с произвольной формой сечения при резко выраженном поверхностном эффекте. Задача о стальном тороиде, охваченном катушкой с током. 4.2.2. Практические занятия 5 семестр Полевые задачи: описание области задачи, внешние и внутренние граничные условия, свойства сред, источники поля. Аналитические и численные методы решения задач по расчету магнитных полей. Скалярный и векторный магнитные потенциалы. Простейшие конечно-элементные программы для расчета магнитных полей. Задача о линейном проводнике с током в равномерном стороннем магнитном поле. Поле простейшей электрической машины. Магнитное поле воздушном зазоре электрической машины при гармоническом возбуждении одного из сердечников. Коэффициент затухания поля в зазоре. Гармонический анализ поля в зазоре электрической машины. Определение обмоточных коэффициентов Определение коэффициентов влияния пазов на амплитуды гармоник поля. Определение потокосцеплений обмоток на конечно-элементных моделях. Определение магнитных проводимостей по картине поля, построенной от руки, и по результатам моделирования поля на конечно-элементных моделях . 6 семестр Исследование четного и нечетного магнитных полей в области прямоугольного паза электрической машины. Исследование магнитного поля зубцового контура. Расчет напряженности магнитного поля в заданной точке воздушного зазора путем интегрирования аналитического решения. Определение электромагнитных сил на конечно-элементных моделях. Оценка влияния насыщения стали сердечников электрической машины на параметры электрической машины. Определение потерь от высших гармоник поля в зазоре в массивных сердечниках электрических машин. Исследование магнитного поля в воздушном зазоре электрической машины. Оценка влияния насыщения стали сердечников на гармонический состав поля в зазоре. 4.3. Лабораторные работы 5 семестр «Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены» 6 семестр «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 предусмотрен». 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, в том числе с демонстрацией поясняющих текстов и рисунков с помощью компьютерного видеопроектора. Практические занятия состоят в рассмотрении прочитанного на лекциях материала и решении задач с помощью соответствующих компьютерных программ в вычислительном зале кафедры. Самостоятельная работа состоит в подготовке к тестам и контрольным работам, оформлении реферата и подготовке его презентации к защите, а также в подготовке к зачету и экзамену. Темы рефератов подготавливаются преподавателем ежегодно. Презентации рефератов хранятся в электронном архиве кафедры и доступны студентам. При составлении рефератов студент может пользоваться советами преподавателя. Примеры тем рефератов (в скобках приведены основные сведения, которые должны быть отражены в реферате): 1. Простейшая электрическая машина (допущения, принятые при описании простейшей электрической машины, метод рассмотрения, основные понятия и параметры, введение которых позволяет рассчитать характеристики простейшей электрической машины, возможности снятия допущений и создания практических расчетных методик). 2. Система уравнений Максвелла (историческая справка: от опытов Араго до открытия Фарадея, роль системы уравнений Максвелла в дальнейшем развитии теории электромагнетизма и всей электротехники, упрощения системы уравнений Максвелла при рассмотрении магнитостатических задач, квазистационарного электромагнитного поля и т.п.) 3. Аналитические и численные методы расчета полей (историческая справка, метод разделения переменных, метод конформных преобразований, метод конечных элементов, математические модели электрических машин, основанные на теории цепей и на теории поля, выводы). 4. Внешние и внутренние граничные условия полевой задачи. 5. Факторы, влияющие на точность решения полевой задачи численными методами. 6. Скалярный и векторный магнитные потенциалы магнитного поля (определения, примеры использования этих функций, определение скалярных магнитных потенциалов сердечников при решении полевой задачи, сформулированной относительно векторного магнитного потенциала, численным методом). 7. Поле в равномерном воздушном зазоре электрической машины (униполярное поле, поле при гармоническом возбуждении одного из сердечников, затухание поля в зазоре, влияние кривизны зазора на коэффициент затухания поля в зазоре). 8.Логарифмическое конформное преобразование (задачи, решаемые с помощью этого преобразования, значение полученных решений для практических расчетов). 9. Метод конечных элементов (историческая справка, математические основы метода) 10. Метод конечных элементов (обзор постепенного расширения возможностей метода и усложнения решаемых с его помощью практических задач (эта тема может быть дана группе из двух-трех студентов)) 11. Метод конечных элементов (краткий обзор литературы по решению какой-либо конкретной технической задачи, например, по снижению пульсаций момента в электрических машинах с постоянными магнитами на роторе (эта тема может быть дана группе из двух-трех студентов)). 12. Гармонический анализ поля в зазоре электрической машины (математические основы гармонического анализа, использование конечно-элементных моделей для гармонического анализа поля в зазоре). 13. Влияние насыщения стали сердечников на гармонический состав поля в зазоре асинхронных машин (по результатам экспериментов на конечно-элементных моделях конкретной асинхронной машины). 14. Влияние насыщения стали на проводимость пазового рассеяния (по результатам моделирования нескольких типичных конфигураций зубцовой зоны). 15. Влияние соотношений размеров паза на значение коэффициента воздушного зазора (историческая справка, аналитический и численный методы определения коэффициента воздушного зазора, результаты численных экспериментов, оценка точности и пределов применимости упрощенных формул для расчета коэффициента воздушного зазора). 16. Влияние насыщения стали на значение коэффициента воздушного зазора (по результатам численных экспериментов на конечно-элементной модели). 17. Электромагнитный момент электрической машины с цилиндрическими сердечниками, на поверхностях которых заданы гармонические токовые слои (сравнение результатов численных экспериментов с аналитическими расчетами (эта тема может быть дана группе из двух-трех студентов)). 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, презентация реферата. Аттестация по дисциплине – зачет в конце 5-го семестра, зачет и экзамен в конце 6-го семестра. Оценка за освоение дисциплины: промежуточная – после 5-го семестра,- как оценка, полученная на зачете, окончательная, - как оценка, полученная на экзамене. В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр) 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература: (желательно указывать новую литературу не старше 1995 г. выпуска) а) основная литература:
б) дополнительная литература:
7.2. Электронные образовательные ресурсы: Описания лабораторных работ, размещенные в электронном архиве кафедры и в папке группы, для которой читается курс. а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: б) другие: . 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и профилю «Электромеханика». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: Ст. преподаватель Гончаров В.И. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой электромеханики д.т.н., профессор Геча В.Я. |
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Профиль(и) подготовки: Техногенная безопасность в электроэнергетике и электротехнике | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Профиль(и) подготовки: Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Профиль(и) подготовки: Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электротехнологические процессы и установки с системами питания и управления | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Для магистерской программы «Электрические аппараты управления и распределения энергии» | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электромеханическое преобразование энергии и методы его исследования | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электромеханическое преобразование энергии и методы его исследования | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электромеханическое преобразование энергии и методы его исследования | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электротехнологические процессы и установки с системами питания и управления | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электромеханическое преобразование энергии и методы его исследования | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Программа магистратуры: Электротехнологические процессы и установки с системами питания и управления | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Магистерская программа: Электротехнические, электромеханические и электронные системы автономных объектов | ||
Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является формирование современного мировоззрения в области управления качеством | Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является формирование у студентов системного подхода в изучении физических процессов, явлений, параметров и возможных... |