1. содержание дисциплины

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
"УТВЕРЖДАЮ"
Декан факультета___________
__________________________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине «Электротехника и электроника»
для специальности (направления): 150201
«Машины и технология обработки металлов давлением»
Кафедра «Электротехники и промышленной электроники (ЭПЭ)»
Распределение часов
Форма обучения
Очная
Очно-заочная
заочная
Лекции
70 час.
–
–
Практические занятия
16 час.
–
–
Лабоpатоpные занятия
18 час.
–
–
Индивидуальные занятия
3 час.
–
–
Самостоятельная работа в
т.ч. курсовая работа
0 час.
–
–
124 час.
–
–
Экзамен
–
–
Всего часов
Форма контроля (зач., экз.)
Пpогpамму составила:
____________________________(Семенова Ю. В.)
Рабочая пpогpамма pассмотpена на заседании кафедры ЭПЭ
«___»___________ 2005 г.
Заведующий кафедpой ________________________________ (Юдин В. В.)
Согласовано_____________________________________________________
Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования и
учебным планом подготовки инженеров по направлению 150201 «Машины и
технология обработки металлов давлением»
Целью изучения дисциплины является подготовка студентов направления
150201 в области электротехники и электроники, знание которых необходимо
им в процессе практической деятельности по основной специальности.
Основными задачами изучения дисциплины являются: формирование у
студентов знаний электротехнических законов, методов расчета и анализа
электрических, магнитных и электронных цепей; формирование знаний о
принципах действия, областях применения, возможностях основных
электротехнических и электронных устройств; приобретение практических
навыков расчёта параметров и характеристик типовых электротехнических и
электронных элементов и устройств.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами в
курсах «Общая физика» и «Высшая математика».
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение
Цель и задачи изучения дисциплины, её взаимосвязь с другими
дисциплинами, изучаемыми в вузе. Роль электротехники и электроники в
техническом прогрессе. Общая терминология, основные понятия и определения
электротехнических величин.
1.1. Электрические цепи постоянного тока
Области применения электротехнических устройств постоянного тока.
Структура электрической цепи. Стандартные графические обозначения
электротехнических устройств постоянного тока. Схемы замещения
электротехнических устройств. Линейные резистивные элементы, идеальные
источники э.д.с. и тока, их свойства и вольтамперные характеристики.
Условные графические обозначения, применяемые на схемах замещения.
Линейные неразветвленные и разветвленные электрические цепи с одним
и несколькими источниками э.д.с., токов и напряжений на схемах замещения.
Пассивный и активный двухполюсники. Режимы работы электрической цепи.
Энергетический баланс в электрических цепях. Определение эквивалентных
сопротивлений разветвленных пассивных линейных цепей. Взаимное
преобразование схем соединений треугольником и звездой пассивных
элементов.
Анализ электрического состояния неразветвленной и разветвленной
линейных электрических цепей с несколькими источниками э.д.с. путём
непосредственного применения законов Кирхгофа. Методы контурных токов и
узловых потенциалов. Принцип суперпозиции. Принцип компенсации. Метод
эквивалентного генератора.
Анализ электрического состояния неразветвленных и разветвленных
электрических цепей с нелинейными резистивными элементами.
1.2. Электрические цепи переменного тока
1.2.1. Однофазные цепи
Основные параметры, характеризующие синусоидальную величину.
Начальная фаза. Сдвиг фаз. Мгновенное, амплитудное, действующее и среднее
значения
синусоидально
изменяющихся
электрических
величин.
Представление синусоидальных величин тригонометрическими функциями,
графиками изменений функций во времени, вращающимися векторами и
комплексными числами.
Электротехнические устройства переменного тока: источники э.д.с.,
резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы. Стандартные графические
обозначения на схемах электротехнических устройств переменного тока. Схема
замещения электротехнических устройств переменного тока. Идеальные
элементы: резистивные, индуктивные и емкостные. Параметры и
вольтамперные характеристики идеальных элементов. Условные графические
обозначения, применяемые на схемах замещения для изображения идеальных
элементов. Закон Ома для цепей синусоидального тока.
Уравнение электрического состояния для неразветвлённой цепи.
Активное, реактивное и полное сопротивление двухполюсника. Комплексное
сопротивление. Треугольник сопротивлений. Векторные диаграммы. Фазовые
соотношения между токами и напряжениями. Понятия о потенциальных
(топографических) диаграммах. Колебания энергии и мгновенная мощность
элементов цепи. Активная, реактивная и полная мощности. Треугольник
мощностей. Коэффициент мощности и его экономическое значение. Выражение
мощности в комплексной форме. Резонанс напряжений, условия его
возникновения и практическое значение.
Цепи с параллельным соединением ветвей. Уравнение электрического
состояния цепи. Векторные диаграммы. Активная, реактивная и полная
проводимость. Треугольник проводимостей. Комплексная проводимость.
Резонанс токов, условия его возникновения и практическое значение.
Компенсация реактивной мощности для повышения коэффициента мощности.
Анализ электрического состояния разветвленных цепей с применением
комплексных чисел, символический метод расчёта.
1.2.2. Трехфазные цепи
Области применения трехфазных устройств. Простейший трехфазный
генератор.
Способы
соединения
трехфазной
обмотки
генератора.
Представление
электрических
величин
трехфазных
систем
тригонометрическими функциями, графиками, вращающимися векторами и
комплексными числами. Условные положительные направления электрических
величин в трехфазной системе. Фазные и линейные напряжения. Векторные
диаграммы. Способы включения в трехфазную цепь однофазных и трехфазных
приемников. Симметричный режим трехфазной цепи. Соотношение между
фазными и линейными напряжениями, фазными и линейными токами.
Мощность трехфазной цепи. Работа
трехфазной
цепи
при
несимметричной нагрузке. Назначение нейтрального провода. Компенсация
реактивной мощности для повышения коэффициента мощности трехфазной
установки. Мощность трёхфазной цепи. Защитное заземление и зануление.
1.2.3. Переходные процессы в линейных электрических цепях
Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях и
их значение для работы цепей. Дифференциальные уравнения электрического
состояния цепи. Установившиеся и свободные составляющие токов и
напряжений. Законы коммутации и их использование для определения
начальных условий. Влияние параметров цепи на длительность переходного
процесса. Классический и операторный методы расчёта переходных процессов.
1.2.4. Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях
Причины возникновения периодических несинусоидальных э.д.с., токов и
напряжений. Представление периодических несинусоидальных величин рядами
Фурье. Частотный спектр периодической несинусоидальной величины.
Максимальное,
действующее
и
среднее
значение
периодической
несинусоидальной величины. Анализ линейных электрических цепей при
несинусоидальном напряжении источника питания. Активная и полная
мощности.
1.3. Магнитные цепи
Применение электромагнитных устройств постоянного и переменного
токов в технике. Назначение магнитопровода. Свойства ферромагнитных
материалов,
используемых
для
изготовления
магнитопроводов
электромагнитных устройств с постоянными и переменными магнитными
полями. Неразветвленные и разветвленные магнитные цепи. Применение
закона полного тока и закона Ома для магнитной цепи. Магнитное
сопротивление и проводимость. Аналогия методов анализа электрических и
магнитных цепей. Электромагнитные устройства постоянного тока: подъемные
электромагниты, контакторы, реле. Их характеристики, свойства и области
применения. Особенности магнитной цепи с переменной м.д.с. Катушка с
магнитопроводом как нелинейный индуктивный элемент и ее вольтамперная
характеристика. Способы уменьшения мощности потерь на гистерезис и
вихревые токи.
1.4. Трансформатор
Назначение и области применения трансформаторов. Однофазный
трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора. Основной
магнитный поток, потокосцепление рассеяния. Коэффициент трансформации.
Условные положительные направления напряжений, токов, э.д.с. и магнитных
потоков. Условные графические обозначения, применяемые для изображения
трансформатора на графических схемах. Уравнение электрического и
магнитного состояния трансформатора. Векторная диаграмма и схема
замещения. Опыты холостого хода и короткого замыкания, назначение и
условие проведения. Потери энергии и к.п.д. Изменение вторичного
напряжения при нагрузке и внешняя характеристика трансформатора.
Устройство, принцип действия и области применения трехфазных
трансформаторов, понятие о группах соединений обмоток. Устройство,
принцип действия и области применения автотрансформаторов. Понятие о
многообмоточных трансформаторах. Измерительные трансформаторы тока и
напряжений, назначение и свойства. Схемы включения измерительных
трансформаторов.
1.5. Электрические машины
1.5.1. Машины постоянного тока
Устройство машины постоянного тока. Коллектор и его назначение.
Простейшие обмотки якоря. Возможности работы машин в режимах генератора
и двигателя. Преобразование энергии э.д.с. якоря и электромагнитный момент
машины постоянного тока. Понятие о реакции якоря и коммутации. Потери
энергии и к.п.д. машин постоянного тока.
Работа машины в режиме генератора. Генераторы постоянного тока
независимого возбуждения и самовозбуждения. Характеристика холостого
хода. Внешняя и регулировочная характеристика. Сравнительная оценка
свойств и области применения генераторов постоянного тока с различными
способами возбуждения.
Работа машины в режиме двигателя. Классификация двигателей
постоянного тока по способу возбуждения. Пуск двигателя. Назначение
пускового реостата. Зависимости магнитного потока и электромагнитного
момента двигателей разного способа возбуждения от тока якоря. Механические
характеристики двигателей. Регулирование скорости вращения. Понятие о
тормозных режимах двигателей постоянного тока разных способов
возбуждения и области применения.
1.5.2. Асинхронные машины
Устройство
трехфазной
асинхронной
машины.
Возбуждение
вращающегося магнитного поля симметричной трёхфазной системой токов.
Скорость вращения поля. Направление вращения.
Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя и области
применения. Конструкция фазного и короткозамкнутого роторов. Графическое
изображение асинхронного двигателя на электрических схемах. Скорость
вращения магнитного поля и ротора. Скольжение. Зависимость частоты и
величины э.д.с. и тока в фазе обмотки ротора от скольжения.
Преобразование энергии, происходящие в асинхронном двигателе.
Активная,
электромагнитная
и
полезная
мощности
двигателя.
Электромагнитный момент двигателя и его зависимость от величин скольжения
и напряжения сети. Механическая характеристика двигателя. Пуск
асинхронных двигателей. Рабочие характеристики двигателя. Регулирование
скорости вращения. Понятие о работе асинхронных машин в качестве тормоза
и генератора. Области применения трехфазных двигателей.
1.5.3. Синхронные машины
Устройство трехфазных синхронных машин с электромагнитным
возбуждением. Области применения синхронных машин. Графическое
изображение на электрических схемах.
Работа синхронной машины в режиме генератора. Работа генератора на
автономную нагрузку. Магнитное поле машины. э.д.с. и электромагнитный
момент. Электромагнитная мощность. Внешние характеристики синхронного
генератора. Работа трехфазного синхронного генератора на параллельную
работу с сетью. Регулирование реактивной мощности генератора. U-образные
характеристики.
Вращающийся электромагнитный момент двигателя. Механическая и Uобразная характеристики двигателя. Влияние величины тока возбуждения на
коэффициент мощности двигателя.
1.6. Основы электроники
1.6.1. Элементная база электронных приборов и устройств
Полупроводниковые диоды. Биполярные, полевые и МДП (металл –
диэлектрик – полупроводник) транзисторы. Тиристоры. Полупроводниковые
приборы как элементы интегральных микросхем. Фотоэлектрические приборы:
фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, инжекционные
лазеры и светодиоды. Электровакуумные приборы. Их принцип действия,
основные параметры и область применения.
1.6.2.Электронные усилители, импульсные и автогенераторные
устройства
Классификация и основные характеристики электронных усилителей.
Типовые схемы полупроводниковых усилителей, их принципы работы.
Избирательные усилители, усилители мощности, усилители постоянного тока,
дифференциальные и операционные усилители. Выпрямительные устройства.
Особенности импульсных устройств. Электронные ключи и формирователи
импульсов. Транзисторные триггеры, автогенераторы и мультивибраторы. Их
типовые схемы, принцип действия. Приборы функциональной электроники.
1.6.3. Основы цифровой электронной техники
Системы счисления и меры информации в цифровых системах.
Логические операции и их аппаратурная реализация. Сведения об
интегральных
логических
микросхемах.
Цифровые
устройства
комбинационной логики. Цифровые триггеры, регистры и счетчики импульсов.
Общие сведения о микропроцессорах. Устройство, принцип действия
микропроцессора. Классификация и характеристики микропроцессоров.
Заключение
Перспективные направления развития электротехники и электроники.
2. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
2.1. Наименования лабораторных работ:
- исследование электрических цепей постоянного тока;
- исследование однофазных электрических цепей переменного тока;
- исследование трёхфазной электрической цепи при соединении
приёмников звездой и треугольником;
- исследование однофазного трансформатора
2.2. Наименования тем практических занятий:
- расчет электрических цепей по постоянному току;
- расчет электрических цепей по переменному току;
- расчет трехфазных цепей.
3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
- расчёт сложной линейной электрической цепи постоянного тока;
- расчёт однофазной цепи синусоидального тока;
- расчёт несимметричной системы трёхфазного переменного тока.
4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основной
4.1. Электротехника и основы электроники: Учебник для вузов. / Под ред.
О. П. Глудкина, Б. П. Соколова. – М.: Высшая школа, 1993.
4.2. Электротехника: Программир. учебное пособие для неэлектротехн.
спец. вузов. / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1983.
4.3. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая
школа, 1978.
4.4. Каяцкас А. А. Основы радиоэлектроники для студентов вузов. – М.:
Высшая школа, 1988.
4.5. Бондарь Б. Г. Основы микроэлектроники. – Киев: Высшая школа,
1987.
4.6. Сборник задач по электротехнике и электронике. / Под ред.В. Г.
Герасимова. – М.: Высшая школа, 1987.
Дополнительный
4.7. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. В. С. Пантюшина.
– М.: Высшая школа, 1976.
4.8. Электротехника. / Под ред. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985.
4.9. Основы промышленной электроники. / Под ред. В. Г. Герасимова. –
М.: Высшая школа, 1986.
4.10 Прянишников В. А. Электроника: курс лекций. – СПб.: КОРОНА,
2000.
4.11. Глазенко Т. А., Прянишников В. А. Электротехника и основы
электроники. – М.: Высшая школа, 1996.
4.12. Прянишников В. А., Петров Е. А., Осипов Ю. М. Электротехника и
ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие. – СПб.: Корона, 2003.
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ИЗУЧЕНИЮ
ДИСЦИПЛИНЫ
Учебный материал дисциплины достаточно полно изложен в учебниках,
указанных в списке основной литературы, которая рекомендуется в дополнение
к лекциям с целью более глубокой проработки отдельных разделов программы
для лучшего усвоения материала.
При подготовке к лабораторным и практическим занятиям необходимо
изучить соответствующие разделы, относящиеся к теме занятий. При
выполнении расчетно-графической работы и оформлении пояснительной
записки следует руководствоваться требованиями ЕСКД.
6. СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ ВОПРОСОВ
1. Параметры и характеристики электрической цепи.
2. Законы Ома и Кирхгофа.
3. Метод эквивалентных преобразований.
4. Метод расчета линейных электрических цепей с помощью
непосредственного применения законов Ома и Кирхгофа.
5. Метод контурных токов.
6. Метод узловых потенциалов.
7. Метод преобразования треугольника в звезду и звезды в треугольник.
8. Метод эквивалентного генератора.
9. Основные параметры, характеризующие синусоидальные токи, напряжения и
э.д.с. способы представления синусоидальных электрических величин.
10. Анализ состояния электрических цепей с резистивными, индуктивными и
емкостными элементами, баланс мощностей.
11. Представление синусоидальных величин тригонометрическими функциями,
графиками изменений функций во времени, вращающимися векторами.
12. Представление синусоидальных электрических величин комплексными
числами и топологическими векторными диаграммами, символический метод
расчёта цепей.
13. Активная, реактивная и полная мощность цепи переменного тока,
треугольник мощностей, коэффициент мощности.
14. Колебательный контур. Резонанс напряжений.
15. Колебательный контур. Резонанс токов.
16. Способы соединения обмоток источника и приемника трехфазной цепи,
фазные и линейные напряжения, векторные диаграммы.
17. Мощность трехфазной цепи.
18. Переходные процессы в линейных электрических цепях, расчет токов и
напряжений классическим методом, понятие об операторном методе.
19. Магнитные цепи, их назначение и характеристики, классификация.
20. Закон полного тока и закон Ома для магнитной цепи, основные параметры
ферромагнитных материалов.
21. Устройство и принцип действия трансформаторов, область применения и
разновидности.
22. Анализ работы трансформатора в режимах холостого хода, короткого
замыкания и при нагрузке, основные параметры трансформаторов.
23. Устройство и принцип действия трехфазных трансформаторов и
автотрансформаторов, область их применения.
24. Устройство и принцип действия асинхронной машины, их область
применения.
25. Основные характеристики асинхронных двигателей, способы регулирования
числа оборотов.
26. Устройство, принцип действия и назначения машин постоянного тока.
27. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя, её основные
характеристики.
28. Работа машины постоянного тока в режиме генератора, её основные
характеристики.
29. Устройство, принцип действия и область применения синхронных машин.
30. Работа синхронной машины в режиме генератора, её основные
характеристики.
31. Работа синхронной машины в режиме двигателя, её основные
характеристики, регулирование реактивной мощности.
32. Полупроводниковые материалы и их свойства.
33. Полупроводниковые диоды, их характеристики и классификация.
34. Биполярные транзисторы, режимы работы, схемы включения, основные
параметры и характеристики.
35. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, структура, принцип
работы и основные характеристики.
36. Тиристоры, их разновидности, структура, принцип работы и область
применения.
37. Фотоэлектрические приборы, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы
и фототиристоры, принципы их работы и основные параметры.
38. Транзисторные усилители, их классификация и основные характеристики,
типовые схемы.
39. Дифференциальные и операционные усилители, их основные
характеристики и области применения.
40. Избирательные усилители, усилители мощности, усилители постоянного
тока, их особенности и области применения.
41. Автогенераторы гармонических колебаний, принцип действия и назначение.
42. Мультивибраторы, их принцип действия и назначение.
43. Системы счисления и меры информации в цифровых системах.
44. Логические операции и способы их аппаратной реализации.
45. Принципы функционирования цифровых устройств комбинационной
логики.
46. Цифровые триггеры, их разновидности и принцип действия.
47. Регистры и цифровые счетчики импульсов.
48. Общие сведения о микропроцессорах, классификация, принцип действия и
основные характеристики.
7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ
1. Назовите основные элементы электрической цепи.
2. Дайте определение ветви, узла и контура электрической цепи.
3. В чём отличие активных элементов цепи от пассивных элементов?
4. Какие элементы цепи называются линейными и нелинейными?
5. Как определяется эквивалентное (общее) сопротивление цепи при
последовательном и параллельном соединении резисторов?
6. Сколько уравнений по первому и второму закону Кирхгофа следует
составить для определения токов в сложной электрической цепи?
7. В чём сущность метода контурных токов?
8. Поясните суть метода узловых потенциалов.
9. Как определить действующее значение синусоидального тока?
10. Как представить синусоидальные электрические величины в векторной
форме?
11. Какие мощности называют активной и реактивной?
12. Что характеризует коэффициент мощности?
13. В каком контуре, и при каких условиях возникает резонанс напряжений?
14. Какой режим электрической цепи называют резонансом токов, при каких
условиях он возникает?
15. Какими преимуществами обладают трёхфазные цепи по сравнению с
однофазными?
16. Какие схемы применяют для соединения фаз трёхфазных источников и
приёмников электрической энергии?
17. Какие напряжения и токи называют линейными, а какие фазными?
18. Каково назначение нейтрального провода в трёхфазной сети?
19. Как определяется мощность (активная, реактивная и полная) трёхфазных
потребителей при симметричной и несимметричной нагрузках?
20. Какие факторы вызывают переходные процессы в электрических цепях?
21. В чём суть классического метода анализа переходных процессов?
22. Каково назначение и область применения магнитных цепей?
23. Запишите закон Ома и закон полного тока для магнитной цепи.
24. По каким признакам классифицируют магнитные цепи?
25. Каков принцип действия трансформатора?
26. Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора и от
чего он зависит?
27. Каков принцип действия машин постоянного тока?
28. Для чего в схему двигателя постоянного тока включают реостат?
29. Каков принцип действия асинхронного двигателя?
30. Как устроены короткозамкнутый и фазный роторы асинхронного двигателя?
31. Назовите области применения асинхронных двигателей.
32. Каков принцип действия синхронных машин?
33. Назовите основные характеристики синхронного генератора и объясните их.
34. Изобразите вольтамперную характеристику выпрямительного диода и
поясните её.
35. Каков принцип действия биполярного транзистора?
36. Поясните принцип действия тиристоров и назовите их разновидности.
37. Что такое электронный усилитель, и каково его назначение?
38. По каким критериям классифицируют усилители?
39. Каков принцип действия мультивибратора?
40. Каков принцип действия триггера?
41. Перечислите простейшие логические операции, выполняемые цифровыми
микросхемами.
42. Назовите разновидности схем цифровых триггеров.
43.Охарактеризуйте структуру и функциональное назначение микропроцессора.
44. Каковы основные характеристики микропроцессоров?