Інноваційні рішення в електромашинобудуванні

Анотація навчальної дисципліни

Мета вивчення дисципліни: одержання аспірантами теоретичних та практичних  знань, що стосуються актуальних розробок електричних машин, зокрема проектування та виготовлення високоефективних (з підвищеним ККД) і частотно-регульованих асинхронних двигунів. У машин з підвищеним ККД на 15-30% вище вартість у порівнянні з звичайними двигунами, декілька збільшені пускові струми і нижче коефіцієнт потужності. Практика та розрахунки вказують, що їх використання економічно оправдано, якщо робочий цикл включає не менш 80 часів у неділю. В системі «перетворювач частоти – асинхронний двигун» важливу роль грає електрична машина і розробці спеціальних машин для систем частотного регулювання приділяється увага у програмах розвитку нової техніки, оскільки використання спеціального двигуна у цілому знижує вартість приводу на ступінь. Використання серійних АД в частотному приводі приводить до зниження ККД і потребує завищення їх установленої потужності на 15,5 – 20 % при роботі в усталених режимах і до 40 – 45 % - в динамічних режимах. Завдяки вищим гармонікам напруги та струму на виході перетворювача частоти на 5 – 6 % зростають втрати у двигунах (це знижує ККД у середньому ще на 0,5 %). 
Практичне значення та використання отриманих знань: Знайомство з інноваційними напрямками електромашинобудування, розвитку електротехніки і інженерної діяльності, технічними пристроями, електромехатронними перетворювачами. Вивчення енергетичних і інформаційних процесів в електромеханічних пристроях суміщених з електронними компонентами.
Основні результати навчання
ПРН3. Вміти планувати та проводити експерименти, що мають відношення до проблем з галузі знань, використовуючи належне програмне забезпечення та знати як аналізувати і відображати результати досліджень.
ПРН4. Вміти визначати, аналізувати та поєднувати інформацію з різних джерел, виявити аналітико-синтетичний зміст та підготовити нову форму вторинної інформації.
ПРН5. Знати основні концепції та розуміти теоретичні та практичні проблеми в сучасному науковому напрямку досліджень.
ПРН6. Вміти працювати з фахівцями з різних галузей в рамках наукових проектів. Знати про стимули та бар’єри в ефективній командній роботі.
ПРН7. Вміти працювати в інтернаціональній групі, ставитися з повагою до національних та культурних традицій, способів роботи інших членів групи.
ПРН8. Мати професійну етичну поведінку при виконанні професійних досліджень.
ПРН9. Вміти ініціювати та виконувати оригінальні дослідження в напрямку діяльності та досягати наукових результатів, які створюють нові знання.
ПРН14. Розуміти теоретичні та практичні проблеми, історію розвитку та сучасний стан наукових знань.
ПРН17. Здатність формалізувати завдання, провести аналіз предметної області та розділити глобальну задачу на складові.
ПРН18. Здатність спланувати, організувати та прийняти участь в процесі розробки, реконструюванні, дослідженні та удосконаленні електроенергетичних, електротехнічних та електромеханічних систем.
ПРН19. Здатність до синтезу, оцінювання та аргументування переваг схемних рішень електротехнічних та електромеханічних систем.
ПРН20. Здатність до класифікації методів і критеріїв оптимізації електроенергетичних, електротехнічних і електромеханічних систем.

  ПРН21. Вміння визначити найбільш доцільні метод і критерії оптимізації об’єкту дослідження.
ПРН23. Вміння дотримуватися сучасних діючих стандартів у галузі електроенергетики.
ПРН24.  Здатність  виконувати  моделювання  об’єктів  дослідження  в  реальних  умовах експлуатації за допомогою власного та прикладного програмного забезпечення.
ПРН25.   Вміння   вибирати,   аргументувати   та   модифікувати   алгоритми   та   методи оптимізації для конкретних задач дослідження.
ПРН26. Розглядати питання щодо підвищення показників якості електроенергетичних, електротехнічних та електромеханічних систем.
ПРН27.   Вміти   визначати   та   аналізувати   електромагнітну   сумісність   приладів   та устаткування, а також мінімізувати шкідливі взаємні впливи.

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять

Л – лекційні заняття; ПЗ – практичні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.

Тематика та види навчальних занять

1 тиждень

Л1. Значення удосконалення електроприводу в сучасному    виробництві. Місце електродвигунів у автоматизованому електроприводі. Шляхи удосконалення асинхронних двигунів. Стандарти МЕК щодо асинхронних двигунів.
ПЗ1. Розробка високоефективного (з підвищеним ККД) асинхронного двигуна.
СРС. К.

3 тиждень

Л2. Проектні критерії та обмеження при проектуванні енергозберігаючих асинхронних двигунів. Проектування енергозберігаючих асинхронних двигунів за рахунок структурної  та параметричної оптимізації.
ПЗ2. Розробка частотно-регульованого асинхронного двигуна.
СРС. К.

5 тиждень

Л3. Значення регульованого електроприводу та його впровадження. Міжнародні стандарти щодо регульованих асинхронних двигунів. Питання електромагнітної та електромеханічної сумісності регульованих асинхронних електроприводів та їх коефіцієнти потужності. Серії частотно-регульованих асинхронних двигунів іноземних виробників.
ПЗ3. Використання у високоефективних асинхронних двигунах примусової вентиляції.
СРС. К.

7 тиждень

Л4. Типи та конструкція примусової вентиляції. Моделювання асинхронних двигунів з примусовою вентиляцією.
ПЗ4. Використання у частотно-регульованих асинхронних двигунах примусової вентиляції. 
МКР1. СРС. К.

9 тиждень

Л5. Особливості роботи регульованих асинхронних двигунів. Моделювання регульованих електроприводів.
ПЗ5. Моделювання роботи асинхронних двигунів в приводі з транзисторним перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги при різних налаштуваннях перетворювача.
СРС. К.

11 тиждень

Л6. Вибір проектних критеріїв при проектуванні регульованих асинхронних двигунів. Вибір проектних обмежень при проектуванні регульованих асинхронних двигунів.
ПЗ6. Моделювання динамічних режимів роботи асинхронних двигунів в приводі з транзисторним перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги при різних моментах інерції.
СРС. К.

13 тиждень

Л7. Використання оптимізаційних процедур.
ПЗ7 Моделювання динамічних режимів роботи асинхронних двигунів в приводі з транзисторним перетворювачем частоти з автономним інвертором напруги при різних швидкостях зміни параметрів регулювання.
СРС. К.

15 тиждень

Л8. Структурна та параметрична оптимізація регульованих асинхронних двигунів. Зміні конструктивні параметри частотно-регульованих асинхронних двигунів.
МКР2.
СРС. К.

Самостійна робота

Самостійна робота складає 60 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 20 годин;
2) підготовка до практичних – 20 годин;
3) підготовка до екзамену – 20 годин.

Процедура оцінювання

Оцінювання результатів навчання з дисципліни здійснюється за накопичувальною системою, яка дає можливість здобувачеві протягом семестру отримати максимально 100 балів.

Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та лабораторних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи.

Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у вигляді тестів на комп’ютерах. Модульна робота складається з теоретичних питань.  Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 5 балами. 

Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 25 балів:

Семестровий модуль № 1

Накопичувальна частина дисципліни:
- виконання та захист практичних - 10;
- поточні контрольні опитування - 15; 
МК1. Модульна контрольна робота – 25 балів (7 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.

Семестровий модуль № 2

Накопичувальна частина дисципліни:
- виконання та захист практичних - 10; 
- поточні контрольні опитування - 15;
МК2. Модульна контрольна робота – 25 балів (15 тиждень).

Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.

Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен, білет до якого складається з теоретичної частини (4 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів. 

Посилання на рекомендовані джерела 

МЭК 60034 – 1:2004  Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики (IEC 60034-1:2004, Rotating electrical machines - Part 1: Rating and performance).
МЭК 60034-2-1:2007 Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава) (IEC 60034-2-1:2007, Rotating electrical machines - Part 2-1: Standards methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles)
МЭК 60034-17:1998 Машины электрические вращающиеся. Часть 17. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователей. Руководство по применению (IEC 60034-17:1998, Rotating electrical machines - Part 17: Cage induction motors when fed from converters - Application guide)
МЭК 60034 – 25:2007  Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Руководство по конструкции и характеристикам машин переменного тока, специально предназначенных для питания от преобразователей. (IEC 60034-25:2007, Rotating electrical machines - Part 25: Guidance for the design an performance of  a.c. motors specifically designed for converter supply
IES 60034-30:2008. «Машины электрические вращающиеся. Часть 30. Классы энергоэффективности односкоростных трехфазных асинхронных двигателей.
Петрушин В.С., Рябинин С.В., Якимец А.М. Программный продукт «DIMASDrive». Программа анализа работы, выбора и проектирования асинхронных короткозамкнутых двигателей систем регулируемого электропривода (свидетельство о регистрации программы ПА№4065). – К.: Госу-дарственный департамент интеллектуальной собственности, 26.03.2001.
Попова Т.В. Основи проектування та розрахунку асинхронних машин: Навчальний посібник, - Запоріжжя: ЗНТУ, 2007, – 438 с.
Шуми лов Ю.А. Основи автоматизованого проектування електричних машин: Навчальний посібник, - К.:НТУУ «КПІ»,2011. – 116 с.
Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. - М.: Академия, 2007. – 576 с. 
Онищенко Г. Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок. - М.: РАСХН, 2001. – 515 с.
Поляков. В.Н. Экстремальное управление электрическими двигателями/ В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; Под. Общей ред. док-ра техн.наук, проф. Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 420 с.
 Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2006. – 272 с.
Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. Пособие для вузов/ О.Д. Гольдберг, О.Б. Буль, И.С. Свириденко, С.П Хелемская; Под. ред Гольдберга О.Д. – М.: Высш. шк., 2001. – 512 с. 
В.С.Петрушин. Конспект лекций “Особенности работы асинхронных электродвигателей в системах тиристорного привода”,1995,68 стр.
В.С.Петрушин “Асинхронные короткозамкнутые двигатели в системах    полупроводникового электропривода.”,1997,146 с.
В.С.Петрушин “Особливості роботи асинхронних електродвигунів у системах   тиристорного привода.”,1997,82 с.
Асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе: Учебное пособие / В.С. Петрушин. – О.: Наука и техника, 2006. - 320 с.
 НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК «Асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе» Укл. В.С. Петрушин. - Одеса: ОНПУ, 2007, - 356 с. (МО-003 від 03.03.2006,  №2627 – РС-2007).