Електромеханотроніка

Анотація навчальної дисципліни

Мета вивчення дисципліни: набуття навиків теоретичного і експериментального дослідження електромехатронних перетворювачів – нового напрямку електротехніки, який базується на суміщенні електромеханічних перетворювачів з електронними компонентами. При вивченні матеріалу дисципліни студенти набувають знання перспектив розвитку сучасних регульованих електроприводів та окремих електричних машин. Основна увага має бути приділена експлуатаційним показникам електричних машин, економічності перетворення і використання електричної енергії в електромехатронних системах.

Практичне значення та використання отриманих знань: навчитися розраховувати електромагнітні та теплові навантаження на електричні машини, що працюють у складі електромехатронних систем, обрати економічний варіант компоновки електрообладнання електромехатронних систем, розраховувати їх електричні навантаження на мережу живлення, визначати втрати потужності та електроенергії в перетворювальній та електромеханічній частинах електромехатронних систем.  Увесь комплекс знань та навичок, які студенти отримують при вивченні дисципліни, має забезпечити  виконання ними на високому професійному рівні наукових та інженерних задач з аналізу, вибору, проектуванню, експлуатації та ремонту електричних машин електромехатронних систем. 

Тематика та види навчальних занять

Семестровий модуль 1
Особливості структури, компоновки та характеристик напівпровідникових перетворювачів електромехатронних систем та їх взаємодія з електромеханічними перетворювачами енергії
1 тиждень.
Лекція 1. Вступ до електромехатроніки. 
1.1 Мета й задачі дисципліни, її роль у підготовці фахівців.
1.2  Рекомендована література.
1.3 Стан і основні проблеми електромехатронних систем.

2 тиждень.
Лекція 2. Характеристики напівпровідникових випрямлячів та тиристорних перетворювачів напруги.
2.1 Стислий огляд конструкції та характеристик сучасних діодів та тиристорів.
2.2 Схеми та характеристики некерованих випрямлячів. 
2.3 Схеми та характеристики керованих тиристорних випрямлячів. .
Лабораторне заняття 1. Експериментальне дослідження характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні у розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД та законі U/f=const.

3 тиждень.
Лекція 3. Види та принципи дії автономних інверторів. Схеми напівпровідникових перетворювачів частоти.
3.1 Призначення та особливості роботи інверторів.
3.2 Схеми автономних інверторів напруги.
3.3 Використання широтно-імпульсної модуляції.

4 тиждень.
Лекція 4. Системи електроприводів з напівпровідниковими перетворювачами напруги та частоти.
4.1 Електропривод на базі тиристорного перетворювача постійної напруги.
4.2 Електропривод на базі тиристорного перетворювача змінної напруги.
4.3 Електроприводи із транзисторними перетворювачами частоти.
Лабораторне заняття 2. Експериментальне дослідження характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні у розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД та законі U/f2 =const.

5 тиждень.
Лекція 5. Характеристики двигунів при частотно-струмовому керуванні. Векторне керування асинхронним двигуном. 
5.1 Особливості частотно-струмового керування. 
5.2 Скалярне керування двигунами.
5.3 Векторне керування.

6 тиждень.
Лекція 6. Електромеханічні перетворювачі систем регульованого приводу. 
6.1.Конструкції та технічні характеристики колекторних машин постійного струму.
6.2 Конструкції та технічні характеристики асинхронних машин.
6.3 Конструкції та технічні характеристики синхронних машин.
Лабораторне заняття 3. Експериментальне дослідження характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні у розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД та законі Е/f =const.ї.

7 тиждень.
Лекція 7. Математичне моделювання електромагнітних та електромеханічних процесів сталих та перехідних режимів електромехатронних перетворювачів.
7.1 Рівняння електричної рівноваги кіл електромехатронних перетворювачів.
7.2 Рівняння механічної рівноваги ланок електромехатронних перетворювачів.
7.3 Математичні моделі сталих та перехідних режимів. 
7.3 Вплив вищих гармонік на розрахункове навантаження, елементи СЕП. 

8 тиждень.
Лекція 8. Математичне моделювання теплових та віброакустичних процесів сталих та перехідних режимів електромехатронних перетворювачів.
8.1 Графіки навантаження електромеханічних перетворювачів.
8.2 Розрахунок та прогнозування нагріву конструктивних елементів, вплив вищих гармонік на розрахункове навантаження.
8.3 Вібраційні та акустичні процеси в електромехатронних перетворювачах. 
Лабораторне заняття 4. Експериментальне дослідження характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні у розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД та законі Евн/f =const. 

9 тиждень.
Семестровий модуль 2
Особливості функціонування, вибору та синтезу електромеханічних перетворювачів електромехатронних систем. 
Лекція 9. Параметри серійних електромехатронних перетворювачів.
9.1 Схемні рішення електромехатронних систем на базі колекторних машин.
9.2 Схемні рішення електромехатронних систем на базі асинхронних машин.
9.3 Схемні рішення електромехатронних систем на базі синхронних машин з електромагнітним збудженням та від постійних магнітів.

10 тиждень.
Лекція 10. Вибір асинхронних двигунів за конструктивним виконанням. Попередній вибір за тепловими та механічними навантажувальними характеристиками.
10.1 Особливості вибору асинхронних двигунів за конструктивним виконанням.
10.2 Особливості попереднього вибору за тепловим навантаженням.
10.3 Перевірка двигунів за механічним навантаженням.
Лабораторне заняття 5. Аналіз роботи асинхронного двигуна в розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД при законі частотного керування U/f=const..

11 тиждень.
Змістовий модуль 2.2. Особливості визначення струмів КЗ в СЕП цивільних об’єктів
Лекція 11. Остаточний вибір асинхронного двигуна.
11.1 Аналіз та вибір за енергетичними показниками.
11.2 Аналіз та вибір за масо-габаритними показниками.
11.3 Аналіз та вибір за фінансово-економічними показниками.

12 тиждень.
Змістовий модуль 2.3. Проектування електромеханічних перетворювачів енергії електромехатронних систем.
Лекція 12. Проектування електромеханічних перетворювачів. 
12.1 Аналіз вимог до електромеханічного перетворювача та постановка задачі проектування. 
12.2 Формулювання технічного завдання.
12.3 Вибір структури об’єкту.
Лабораторне заняття 6. Аналіз роботи асинхронного двигуна в розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД при законі частотного керування U/f2=const.

13 тиждень.
Лекція 13. Структурний синтез регульованих асинхронних двигунів. 
13.1 Вибір ступеня захисту і виконання асинхронного двигуна. 
13.2 Вибір типів обмоток статора й ротора та їх конструкцій. 
13.3 Вибір структури системи охолодження.  Вибір базової машини.

14 тиждень.
Лекція 14. Зовнішній параметричний синтез регульованих асинхронних двигунів.
14.1 Узгодження параметрів напівпровідникових перетворювачів, вибір базових напруг і частот живлення регульованих асинхронних двигунів.  
14.2 Узгодження параметрів системи охолодження.
14.3 Перевірка відповідності параметрів джерела живлення.
Лабораторне заняття 7. Аналіз роботи асинхронного двигуна в розімкнутій системі транзисторний ПЧ-АД при законі частотного керування E/f=const.

15 тиждень.
Лекція 15. Внутрішній параметричний синтез регульованих асинхронних двигунів. 
15.1 Вибір критеріїв та методів параметричної оптимізації.
15.2 Оптимізація параметрів обмотки статора.  Вибір оптимальної довжини активної частини.
15.3 Оптимізація зубцевої геометрії магнітопроводів. 

Оцінювання результатів навчання

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

Модуль 1
Повне виконання програми лабораторних робіт 1-4 – по 5 балів за кожне.
Модульна контрольна робота № 1 (8-й тиждень) – бездоганне виконання 30 балів.
Модуль 2
Повне виконання контрольних завдань на практичних заняттях 5-7 – по 5 балів за кожне.
Модульна контрольна робота № 2 (15-й тиждень) – бездоганне виконання 35 балів.

Посилання на рекомендовані джерела
Основні
1.    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).
2.    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)
3.    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)
4.    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
5.    IES 60034-30:2008. «Машины электрические вращающиеся. Часть 30. Классы энергоэффективности односкоростных трехфазных асинхронных двигателей.
6.    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.
7.    Попова Т.В. Основи проектування та розрахунку асинхронних машин: Навчальний посібник, - Запоріжжя: ЗНТУ, 2007, – 438 с.
8.    Шуми лов Ю.А. Основи автоматизованого проектування електричних машин: Навчальний посібник, - К.:НТУУ «КПІ»,2011. – 116 с.
9.    Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. - М.: Академия, 2007. – 576 с. 
10.    Онищенко Г. Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок. - М.: РАСХН, 2001. – 515 с.
11.    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.
12.     Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2006. – 272 с.
13.    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. 
14.    В.С.Петрушин. Конспект лекций “Особенности работы асинхронных электродвигателей в системах тиристорного привода”,1995,68 стр.
15.    В.С.Петрушин “Асинхронные короткозамкнутые двигатели в системах    полупроводникового электропривода.”,1997,146 с.
16.    В.С.Петрушин “Особливості роботи асинхронних електродвигунів у системах   тиристорного привода.”,1997,82 с.
17.    Асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе: Учебное пособие / В.С. Петрушин. – О.: Наука и техника, 2006. - 320 с.
18.     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). 

Додаткові :
1.    Моделювання електроприводів: Навч. Посібник / Л.Д. Костинюк, В.І. Мороз, Я.С. Паранчук. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2004. – 404 с.
2.    Закладний О.М., Праховник А.В., Соловей О.І. / Енергозбереження засобами промислового електропривода: Навчальний посібник. – К: Кондор, 2005. – 408 с.
3.    Частотно-керовані асинхронні та синхронні електроприводи: Навчальний посібник / О.Г. Плахтина, С.С. Мазепа, А.С. Куцик. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2002. -  228 с.
4.    Півняк Г.Г., Волков А.В. Сучасні частотно-регульовані асинхронні електроприводи з широтно-імпульсною модуляцією: Монографія. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2006. – 470 с.
5.    Теория электропривода: Учебное пособие / Б.И. Фираго, Л.Б. Павлячек. – 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2007. – 585 с.