Направление 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Электропривод и автоматика»

Кафедра электропривода и электротехники

1. Название профессии, специальности.

Профессия — специалист в области проектирования систем электропривода.

2. История профессии (специальности)

Электроэнергетика — отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями народного хозяйства рассматривается как часть единой народно — хозяйственной экономической системы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Без электроэнергии невозможно действие современных средств связи и развитие кибернетики, вычислительной и космической техники. Представить без электроэнергии нашу жизнь невозможно.

Основным потребителем электроэнергии остается промышленность. Электрическая энергия в промышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах.

Начало развития электропривода было положено созданием в первой половине XIX в. работоспособных образцов электрического двигателя. Первое практическое использование электродвигателя постоянного тока, оснащенного другими характерными элементами электропривода: механической передачей, органами управления и т. п. относят к 1834 — 1838 гг. и связывают с именем акад. Б.С. Якоби. Эта работа получила мировую известность, однако несовершенство технических средств и, главным образом, источника питания — гальванической батареи — не позволило блестящему изобретению Б.С. Якоби и работам его последователей найти широкое практическое применение.

Лишь в 70-е годы XIX в. были разработаны практически применимые двигатели постоянного тока, демонстрировавшиеся на выставках в Вене, Париже, Мюнхене.

Условия для развития массового электропривода создались в конце XIX в. благодаря открытию в 1886 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла явления вращающегося магнитного поля. Это открытие положило начало созданию многофазных электродвигателей переменного тока. В 1888г. российский ученый М.О. Доливо-Добровольский предложил и реализовал трехфазную систему передачи электрической энергии переменного тока, а в 1889г. разработал трехфазный асинхронный двигатель с распределенной обмоткой статора и с короткозамкнутым ротором в виде беличьего колеса.

Конец XIX — начало XX вв. характеризуются строительством электрических станций и развитием электрических сетей. Централизованная выработка электроэнергии с ее последующим распределением послужила основой для создания промышленного, индивидуального и группового электропривода.

Одновременно электрический привод вытеснял все виды механического привода. Так, мощность электродвигателей по отношению к общей мощности установленных двигателей в 1890 г. составляла 5 %, в 1927 г. — 75 %, к 1950 г. — около 100 %.

В период интенсивного перехода к индивидуальному электроприводу, во всех новых производствах появилось большое количество различных типов электроприводов. В нерегулируемом электроприводе малой и средней мощности, прочно заняли свое место и не уступили его до настоящего времени, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а в мощных электроприводах — синхронные двигатели. Регулируемые электроприводы были весьма разнообразны: широко использовались двигатели постоянного тока с различными схемами возбуждения (независимой, параллельной, последовательной, смешанной) при реостатном регулировании или при ослаблении магнитного поля, асинхронные двигатели с фазным ротором, коллекторные двигатели переменного тока, двигатели Бушеро и т. п.

Наибольшее применение в регулируемых электроприводах средней и большой мощности в этот период и в дальнейшем нашла предложенная еще в конце XIX в. система Вард-Леонарда (генератор-двигатель), состоящая из нескольких электрических машин, но обладающая отличными регулировочными возможностями как в статике, так и в динамике.

Идеи автоматического управления в 30-е годы начали интенсивно развиваться применительно к электроприводу. К началу 40-х годов электромеханическая часть индивидуального, в т. ч. многодвигательного электропривода, приобрела современные черты. Его характерной особенностью оставалось релейно-контакторное управление, хотя уже стали появляться системы непрерывного управления, основанные на применении замкнутых структур с использованием усилителей разных типов: машинных, электронно-ионных, несколько позже магнитных.

В 1935 г. в ВЭИ разработана первая версия электропривода с преобра­зователем на тиратронах — прообраз широко распространенных сейчас регулируемых электроприводов по системе статический преобразователь-двигатель.

К 1948—1950 гг. относится появление отечественных вентильных каскадов на прокатных станах с введением в цепь ротора главного асинхрон­ного двигателя управляемого ртутного выпрямителя.

В середине 50-х годов сформировалась теория и практика «дополупроводникового» электропривода. Были созданы и получили широкое признание учебники по электроприводу С.А. Ринкевича «Теория электропривода» (1938 г.), А.Т. Голована «Электропривод» (1948 г.), Д.П. Морозова «Основы электропривода» (1950 г.), В.К. Попова «Основы электропривода» (1951 г.) М.Г. Чиликина «Общий курс электропривода» (1953 г.), внесшие благодаря высокому уровню и доступности изложения весомый вклад в подготовку специалистов в СССР.

В послевоенные годы произошел прорыв в области силовой электроники, кардинально изменивший многие сферы техники и, в частности, электропривод. Появление тиристоров на тысячи вольт и большие токи при малых падениях напряжения в проводящем состоянии позволило полностью отказаться от громоздких, ненадежных и неэкономичных ртутных выпрямителей и тиратронов и перейти на управляемые тиристорные выпрямители в цепях электроприводов постоянного тока.

В СССР получили развитие начатые еще в начале 40-х годов (А.А. Бул­гаков, М.П. Костенко) перспективные работы в области частотно-регули­руемого электропривода. В трудах А.С. Сандлера и его учеников в 70-х годах нашли отражение вопросы построения преобразователей частоты с явно выраженным звеном постоянного тока на доступной в то время элементной базе — тиристорах, были сформулированы и детально исследованы принципы автоматического управления электропривода с преобразователями частоты.

В 60—70-е годы в МЭИ проведены интенсивные исследования и разработки дискретного электропривода с шаговыми двигателями, заложившие основы дальнейшего развития новых типов регулируемого электропривода. В этот же период развивается электропривод с вентильными двигателями, в которых коллектор заменяется группой полупроводниковых ключей, коммутирующих обмотки и управляемых в функции положения ротора.

В СССР 60—70-е годы были созданы нашедшие широкое применение в промышленности комплексы средств управления электропривода — аналоговая ветвь УБСР-АИ и цифровая ветвь УБСР-ДИ.

Концептуальные изменения в развитие электропривода внесла новая элементная база силового канала в массовых устройствах — полностью управляемые ключи на токи до 600 А, напряжение до 1200 В с частотами 30 кГц и выше, появившиеся на рынке в последние 10—15 лет, и средства управления ими. Эти приборы, объединенные в модули с встроенными быстрыми обратными диодами и управляемые указанными выше совре­менными средствами, послужили основой для построения преобразователей частоты со структурой неуправляемый выпрямитель — L-С-фильтр — автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), ставших основным техническим решением в регулируемом электроприводе переменного тока мощностью до 600 кВт.

Интенсивно осваиваются новые виды регулируемого электропривода — вентильно-индукторный, с другими нетрадиционными электрическими машинами. В микроприводе миниатюрных роботов применяются тонкопленочные диэлектрические двигатели.

В последние годы в мире отчетливо сформировалось и интенсивно реализуется тенденция перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому в массовых применениях: насосы, вентиляторы, конвейеры и т. п., благодаря чему резко повышается технологический уровень оборудования, экономятся значительные энергетические ресурсы.

3. Общие сведения о профессии (сфера труда, отрасль народного хозяйства, тип профессии, класс профессии как доминирующие виды деятельности, отделы профессий, группы профессий)

Профессия направлена на создание условий, направленных на улучшение эффективности и экономичности электропривода, упрощение труда персонала, увеличение производительности, а также повышение уровня безопасности и экологичности производства, энергосбережение.

Специалист в области проектирования систем электропривода способен решать широкий круг задач:

— поиск, обработка и анализ научно-технической информации, представление ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий;

— применение физико-математического аппарата, методов анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач;

— использование методов анализа и моделирования электрических цепей и электрических машин;

— использование свойств конструкционных и электротехнических материалов в расчетах параметров и режимов объектов профессиональной деятельности;

— проведение измерения электрических и неэлектрических величин применительно к объектам профессиональной деятельности;

— проведение анализа данных предпроектного обследования технологического оборудования, для которого разрабатывается система электропривода

— оформление графической и текстовой частей технического задания на разработку проекта систем электропривода технологического оборудования в различных отраслях промышленности

— оформление конструкторской документации проектов систем электропривода технологического оборудования в различных отраслях промышленности.

Типы профессии:

«Человек-Техника» (ориентирована на точность, определенность действий, техническую фантазию, способность мысленно соединять и разъединять технические объекты и их части);

«Человек-Знак» (связана с различной знаковой информацией: цифрами, чертежами, схемами).

Класс профессии: изыскательный (творческий). Она связана с исследованием и созданием нового, конструированием и проектированием, творческой деятельностью.

Тип профессии по условиям труда: микроклимат бытового типа, работа на открытом воздухе. Представители данной профессии могут осуществлять свою трудовую деятельность в помещениях и на открытом воздухе. Работа может происходить либо с использованием персонального компьютера, либо с применением специализированных инструментов и оборудования. В рамках данной деятельности могут периодически случаться командировки, разъезды или деловые встречи с заказчиками.

Специалист в области проектирования систем электропривода способен работать в команде, предлагать пути и находить оптимальные решения поставленных задач.

4. Специальности

Проектирование, монтаж, эксплуатация, диагностика, обслуживание, управление.

5. Уровень базовых знаний

Квалифицированный специалист в области проектирования систем электропривода должен знать:

— основные гуманитарные предметы (русский язык, литературу, историю, философию);

— высшую математику;

— основы проектной деятельности;

— теоретические основы электротехники;

— теорию измерения;

— метрологию;

— электрические машины;

— моделирование в технике;

— электропривод в современных технологиях;

— основы автоматического управления;

— проектирование электротехнических установок;

— системы управления электропривода.

Квалифицированный специалист в области проектирования систем электропривода должен уметь:

— анализировать проектируемый объект;

— ориентироваться в номенклатуре технических средств систем электропривода;

— синтезировать системы электропривода;

— выполнять чертежи;

— работать со специализированным профильным программным обеспечением.

6. Качества, определяющие успех в работе. Способности. Личные качества.

К профессиональным важным качествам специалиста по проектированию систем электропривода относятся:

— технические способности;

— математические способности;

— логическое мышление;

— хорошая координация движений;

— способность сопоставлять и анализировать множество разрозненных фактов;

— гибкость мышления (способность изменять планы, способы решения задач под влиянием изменений ситуации);

— высокий уровень концентрации, распределения и устойчивости внимания (способность в течение длительного времени заниматься определенным видом деятельности, уделять внимание нескольким объектам одновременно); — хорошая реакция;

— хорошее развитие всех видов памяти;

— развитие мелкой моторики рук;

— способность и принимать, и внедрять новое на практике.

Специалист в области проектирования систем электропривода должен обладать следующими личностными качествами:

— внимательность;

— терпеливость;

— настойчивость;

— целеустремленность;

— тщательность;

— склонность к работе с техническими устройствами;

— уверенность;

— ответственность;

— аккуратность;

— изобретательность;

— терпеливость.

7. Медицинские противопоказания.

— Заболевания центральной нервной системы различной этиологии с двигательными и чувствительными нарушениями выраженной степени, расстройствами координации и статики, когнитивными и мнестико-интеллектуальными нарушениями;

— нарколепсия и катаплексия;

— заболевания, сопровождающиеся расстройствами сознания: эпилепсия и эпилептические синдромы различной этиологии, синкопальные синдромы различной этиологии и др.;

— психические заболевания с тяжелыми, стойкими или часто обостряющимися болезненными проявлениями и приравненные к ним состояния, подлежащие обязательному динамическому наблюдению в психоневрологических диспансерах;

— алкоголизм, токсикомания, наркомания;

— гипертоническая болезнь III стадии, 3 степени, риск IV;

— хронические болезни сердца и перикарда с недостаточностью кровообращения ФК III, НК 2 и более степени; ишемическая болезнь сердца:

— ревматизм: активная фаза, частые рецидивы с поражением сердца и других органов, и систем и хронической сердечной недостаточностью 2 — 3 степени;

— активные формы туберкулеза любой локализации;

— осложненное течение язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки с хроническим часто (3 раза и более за календарный год) рецидивирующим течением и развитием осложнений;

— хронические гепатиты, декомпенсированные циррозы печени и другие заболевания печени с признаками печеночной недостаточности 2 — 3 степени и портальной гипертензии;

— хронические болезни почек и мочевыводящих путей с явлениями хронической почечной недостаточности 2 — 3 степени;

— хронические заболевания периферической нервной системы и нервно-мышечные заболевания со значительными нарушениями функций;

— хронические заболевания опорно-двигательного аппарата с нарушениями функции 2 — 3 степени;

— хронические, рецидивирующие формы инфекционных и паразитарных заболеваний, поствакцинальные поражения в случае неподдающихся или трудноподдающихся лечению клинических форм;

— миопия высокой степени или осложненная близорукостью;

— катаракта осложненная;

— дегенеративно-дистрофические заболевания сетчатки глаз, глаукома любой стадии при нестабилизированном течении;

— болезни эндокринной системы прогрессирующего течения с признаками поражения других органов и систем и нарушением их функции 3-4 степени;

— злокачественные новообразования любой локализации;

— заболевания крови и кроветворных органов с прогрессирующим и рецидивирующим.

Приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 12 апреля 2011 г. № 302н (ред. от 13.12.2019г.).

8. Родственные профессии

Энергетик, электрик, электромонтажник, наладчик, метролог.

9. Область применения

Специалисты в области проектирования систем электропривода могут работать в таких организациях и сферах, как:

— образование (научные исследования);

— строительство и ЖКХ (проектирование и эксплуатация объектов электроэнергетики);

— транспорт (проектирование и эксплуатация электротехнического оборудования электрического транспорта);

— добыча, переработка, транспортировка нефти и газа (эксплуатация газотранспортного оборудования и газораспределительных станций);

— электроэнергетика, включая сферу электротехники;

— атомная промышленность (проектирование и эксплуатация объектов электроэнергетики, технического обслуживания и ремонта электромеханического оборудования);

— металлургическое производство (эксплуатация электротехнического оборудования);

а также в сферах

— производства волоконно-оптических кабелей;

— проектирования и эксплуатации электроэнергетических систем, электротехнических комплексов, систем электроснабжения, автоматизации и механизации производства;

— опытно-конструкторских работ.

10. Пути получения профессии

Базовые знания по данной профессии можно получить в образовательных организациях высшего образования. В Казанском национальном исследовательском технологическом университете подготовка специалистов по системам автоматического управления ведется на кафедре электропривода и электротехники (направление 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника, профиль «Электропривод и автоматика»)