С3.Б.9_Общая_электротехника_и_электроника

1 Цель и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины - дать основополагающие знания основных законов и положений
электротехники, необходимых будущим инженерам-механикам при эксплуатации
судового и промышленного технологического оборудования.
Основными задачами дисциплины являются:
- формирование понятий теории электрических цепей и электромагнитного поля;
- изучение основных законов, лежащих в основе расчёта электрических цепей;
- изучение конструкции и принципа действия электрических машин постоянного и
переменного токов;
- изучение основ электроники.
2 Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина "Общая электротехника и электроника" является базовой дисциплиной (С3.Б9)
профессионального цикла.
Дисциплина базируется на предметах математического, естественнонаучного
(математика, физика) и профессионального (теоретическая механика) циклов, является
предшествующей для следующих дисциплин: «Электрооборудование судов»,
«Автоматизация СЭУ».
3 Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций
(в соответствии с ФГОС ВПО и ПДНВ-78 специальности 26.05.06
«Судовые
энергетические установки»:
Общепрофессиональные компетенции (ПК):
№
Содержание компетенции
компетенции
ПК-1
способностью генерировать новые идеи, выявлять проблемы, связанные с
реализацией профессиональных функций, формулировать задачи и намечать
пути исследования
ПК-2
способностью и готовностью к самостоятельному обучению в новых
условиях производственной деятельности с умением установления
приоритетов для достижения цели в разумное время
ПК-15
способностью
применять
базовые
знания
фундаментальных
и
профессиональных дисциплин, осуществлять управление качеством изделий,
продукции и услуг, проводить технико-экономический анализ в области
профессиональной деятельности, обосновывать принимаемые решения по
технической эксплуатации судового оборудования, умеет решать на их
основе практические задачи профессиональной деятельности
ПК-33
способностью выполнять информационный поиск и анализ информации по
объектам исследований
Компетенции в соответствии с разделом Кодекса ПДНВ (К):
Эксплуатация электрооборудования, электронной аппаратуры и систем
К-6
управления
Техническое обслуживание и ремонт электрического и электронного
К-7
оборудования
2
К-22
Эксплуатация электрического и электронного оборудования управления
К-23
Устранение неисправностей, приведение в рабочее состояние
электрического и электронного оборудования управления
К-40
Безопасное использование электрооборудования
В результате изучения дисциплины студенты должны:
Знать:
 основные разделы электротехники и электроники;
 электрические измерения и приборы;
 микропроцессорные средства измерения;
Уметь:
 производить измерения электрических величин;
 включать электротехнические приборы, аппараты, машины, управлять ими и
контролировать их эффективную и безопасную работу;
Владеть:
 методами расчёта электротехнических и электронных устройств, электрических и
магнитных цепей с использованием пакетов прикладных программ;
 навыками вывода из эксплуатации электрических установок перед ремонтом.
Наименования разделов и тем
1
Общее количество
часов
4. Структура дисциплины
Очная форма
Заочная форма
Распределение
часов по видам занятий
Распределение
часов по видам занятий
Ауд. ЛК
ЛР
ПЗ СР Ауд. ЛК ЛР ПЗ
СР
2
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
27
16
8
4
4
11
4
2
1
1
23
31
16
8
4
4
15
4
2
1
1
27
29
14
8
2
4
15
5
3
1
1
24
Раздел 4. Основы электроники.
21
10
4
4
2
11
3
1
1
1
18
Всего часов
108
56
28
14
14 52 16
8
4
4
92
Раздел 1. Электрические машины
постоянного тока.
Раздел 2. Электрические машины
переменного тока.
Раздел 3. Силовые трансформаторы.
Электрические измерения.
Форма контроля
экзамен
3
5 Содержание лекций
№
Наименование темы
Количество часов по
формам обучения
очная
заочная
Раздел 1. Машины постоянного тока
1
2
Тема 1. Генераторы постоянного тока.
1.1. Назначение и виды машин постоянного тока.
1.2. Конструкция машин постоянного тока.
1.3. Назначение и виды генераторов постоянного тока (ГПТ).
1.4. Принцип действия ГПТ.Режим холостого хода и нагрузки ГПТ.
1.5. Энергетическая диаграмма преобразования мощности в ГПТ,
энергетические показатели.
1.6. Реакция якоря. Принцип самовозбуждения.
Тема 2. Двигатели постоянного тока
2.1. Назначение и виды двигателей постоянного тока. (ДПТ).
2.2 Принцип действия, основные уравнения ДПТ.
2.3 Энергетическая диаграмма преобразования мощности в ДПТ.
2.4 Способы пуску и регулирования частоты вращения ДПТ.
2.5
Регулирования частоты вращения ДПС независимого
возбуждения.
2.6 Понятие и оценка коммутации МПТ.
4
2
4
Раздел 2. Электрические машины переменного тока.
3
4
Тема 3. Асинхронные двигатели. (АД)
3.1 Устройство и принцип действия трехфазного АД
3.2 Условия получения вращающегося магнитного поля статора.
Принцип действия АД.
3.3. Энергетическая диаграмма и вращающий момент АД.
3.4. Механическая и электромеханическая характеристики АД.
3.5. Способы пуска АД.
3.6. Регулирование частоты вращения АД.
Тема 4. Синхронные генераторы
4.1 Назначение и виды синхронных машин.
4.2 Общая конструкция синхронных машин.
4.3Принцип действия синхронных машин.
4.4 Схемы возбуждения.
4.5. Параллельная работа синхронных генераторов в сети.
4
1
4
1
2
1
4
1
Раздел 3. Силовые трансформаторы. Электрические измерения.
5
6
Тема 5. Однофазные трансформаторы
5.1Назначение и классификация, виды трансформаторов.
5.2 Конструкция трансформаторов.
5.3 Принцип действия однофазных трансформаторов.
5.4 Энергетическая диаграмма преобразования
мощности в
трансформаторе, энергетические показатели.
Тема 6. Трехфазные трансформаторы. Специальные
трансформаторы
6.1. Способы соединения, схемы и группы соединений.
6.2. Холостой ход трехфазного трансформатора.
6.3. Работа трехфазного трансформатора под нагрузкой.
6.4. Автотрансформаторы.
4
7
6.5. Технические данные судовых трансформаторов.
6.6. Измерительные трансформаторы.
6.7. Сварочные трансформаторы.
Тема 7. Электрические измерения.
7.1 Классификация электроизмерительных приборов.
7.2 Основные системы электроизмерительных приборов.
7.3 Способы измерения электрических величин.
2
1
4
1
28
8
Раздел 4. Основы электроники.
Тема 8. Основы электроники
8
8.1. Основные свойства и характеристики полупроводников.
Электропроводность полупроводников.
8.2. Полупроводниковые диоды и стабилитроны. Вольтамперные характеристики.
8.3.
Транзисторы:
устройство,
принцип
действия,
характеристики.
8.4. Тиристоры, симисторы, динисторы. Устройство, принцип
действия, характер.
8.5. Усилительные каскады на биполярных транзисторах.
8.6. Импульсные устройства на операционных усилителях.
Всего часов
6 Темы лабораторных занятий
№
Наименование темы
Количество часов
по формам
обучения
очная заочная
Раздел 1. Машины постоянного тока
1
Испытание генератора постоянного тока.
4
1
4
1
2
1
Раздел 2. Электрические машины переменного тока.
2
Испытание синхронного генератора.
Раздел 3. Силовые трансформаторы. Электрические измерения.
3
Испытание однофазного трансформатора.
Раздел 4. Основы электроники.
4
Испытание выпрямительного моста
2
1
5
Испытание усилительного каскада.
2
-
Всего часов
14
4
5
7 Темы практических занятий
№
Наименование темы
Количество часов
по формам
обучения
очная
заочная
2
-
2
1
2
1
2
-
2
1
2
-
2
1
14
4
Раздел 1. Машины постоянного тока
1
2
Расчет и построение графика U1 = f (β) для генератора
параллельного возбуждения. Анализ влияния величины нагрузки
на к.п.д. генератора.
Расчет пускового реостата для запуска двигателя параллельного
возбуждения
Раздел 2. Электрические машины переменного тока.
3
4
Расчет механических характеристик АД при неноминальных
параметрах судовой сети.
Расчет и построение графика U1 = f (β) синхронного генератора
при различных значениях cos φ.
Раздел 3. Силовые трансформаторы. Электрические измерения.
5
6
Расчет и построение графика U1 = f (β) и η = f (β) при различных
значениях cos φ нагрузки силового трехфазного трансформатора.
Составление схем электрических принципиальных с включением
электроизмерительных приборов.
Раздел 4. Основы электроники.
7
Анализ вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов.
Всего часов
8 Темы семинарских занятий
Проведение семинарских занятий не предусмотрено учебным планом.
9 Содержание и объем самостоятельной работы студента
Самостоятельная работа студентов делится на базовую и дополнительную.
Базовая самостоятельная работа (БСР) обеспечивает подготовку студента к
текущим аудиторным занятиям и контрольным мероприятиям по дисциплине. Результаты
этой подготовки проявляются в активности студента на занятиях и в качестве
выполненных домашних заданий и контрольных работ, тестовых заданий, сделанных
докладов и других форм текущего контроля.
Базовая СР может включать следующие виды работ:
 работа с лекционным материалом, предусматривающая проработку конспекта
лекций и учебной литературы;
 поиск (подбор) и обзор литературы и электронных источников информации по
индивидуальному заданию;
6

выполнение домашнего задания или домашней контрольной работы,
предусматривающих решение задач, выполнение упражнений выданных на
практических занятиях;
 изучение материала, вынесенного на самостоятельную проработку;
 подготовка к практическим и лабораторным занятиям ;
 подготовка к контрольной работе;
 подготовка к зачету и аттестациям.
Дополнительная самостоятельная работа (ДСР) направлена на углубление и
закрепление знаний студента, развитие аналитических навыков по проблематике учебной
дисциплины.
ДСР включает следующие виды работ:
 подготовка к зачету;
 участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;
 анализ научной публикации по определённой преподавателем теме;
Студент, приступающий к изучению учебной дисциплины, получает информацию
обо всех видах самостоятельной работы по курсу с выделением базовой
самостоятельной работы (БСР) и дополнительной самостоятельной работы (ДСР), в
том числе по выбору.
Раздел
Трудоемкость
самостоятельной
работы, час.
очная
Литература
Содержание работы
заочная
Раздел 1. Машины постоянного тока
Способы регулирования
напряжения на зажимах
ГПТ.
6
12
1, 3, 4, 6, 8
Способы пуска ДПТ.
Способы регулирования
скорости вращения ДПТ.
5
11
1, 3, 4, 6, 8
Закрепить знания физических
процессов в генераторе и
изучить способы
регулирования напряжения на
зажимах.
Закрепить знания физических
процессов в двигателе и
изучить способы
регулирования скорости
вращения и пуска.
Раздел 2. Электрические машины переменного тока.
Способы пуска АД.
Способы регулирования
скорости вращения АД.
10
17
1, 3, 4, 6, 8
Конструкция и
классификация СГ.
Параллельная работа СГ с
сетью.
5
10
1, 3, 4, 6, 8
Закрепить знания физических
процессов в двигателе и
изучить способы
регулирования скорости
вращения и пуска.
Закрепить знания физических
процессов в генераторе и
изучить условия параллельной
работы генератора с сетью.
Раздел 3. Силовые трансформаторы. Электрические измерения.
Конструкция сухих
силовых
трансформаторов.
Способы регулирования
напряжения на зажимах.
10
12
1, 3, 4, 6, 8
7
Закрепить знания физических
процессов в трансформаторе.
Причины понижения
напряжения и способы
регулирования.
Новое поколение
электроизмерительных
5
приборов.
Раздел 4. Основы электроники.
12
Полупроводниковые
приборы. р – п переход.
характеристики. Условия
выбора и расчета.
11
18
Всего часов
52
92
1, 3, 4, 6, 8
4, 7 , 8
Ознакомиться с новинками
электроизмерительных
приборов.
Закрепить знания по
классификации
полупроводниковых приборов.
Понять физические процессы
в р – п переходе. Запомнить
характеристики основных
элементов.
10 Индивидуальные задания
Проведение индивидуальных занятий не предусмотрено учебным планом.
11 Методы обучения
В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения
дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:
работа в команде – совместная деятельность группы студентов с индивидуальной
работой членов команды под руководством лидера;
опережающая самостоятельная работа – самостоятельное освоение студентами
нового материала до его изложения преподавателем во время аудиторных занятий;
методы IT – использование Internet-ресурсов для расширения информационного
поля и получения информации, в том числе и профессиональной;
междисциплинарное обучение – обучение с использованием знаний из различных
областей (дисциплин) реализуемых в контексте конкретной задачи;
проблемное обучение – стимулирование студентов к самостоятельному
приобретению знаний для решения конкретной поставленной задачи;
обучение на основе опыта – активизация познавательной деятельности студента за
счет ассоциации их собственного опыта с предметом изучения;
исследовательский метод – познавательная деятельность, направленная на
приобретение новых теоретических и фактических знаний за счет исследовательской
деятельности, проводимой самостоятельной или под руководством преподавателя.
При проведении различных видов занятий используются интерактивные формы
обучения:
Занятия
Используемые интерактивные
образовательные технологии
Лекции
Проблемная лекция, лекция-визуализация, лекция с
обратной связью, использование технических средств
обучения (презентации, видеофильмы) с дальнейшим
обсуждением
Практические занятия
Кейс-метод (разбор конкретных производственных
ситуаций), дебаты, коллективное решение творческих задач.
Самостоятельная работа
Основная возможность применения интерактивных методов
при самостоятельной работе заключается в организации
групповой работы студентов. Стимулирование тесного
общения учащихся друг с другом приводит к формированию
навыков социального поведения, освоению технологии
совместной работы. При этом консультирование между
8
студентами и преподавателем в ходе разработки программы
может осуществляться как непосредственно в аудиторное
время, так и с использованием off-line и on-line технологий.
Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного
процесса: лекции, лабораторные и практические занятия, самостоятельная работа
студентов, индивидуальные и групповые консультации.
Лекции по дисциплине «Общая электротехника и электроника» проводятся в
лекционных аудиториях с использованием наглядных пособий и мультимедийной
техники.
Практические занятия по дисциплине ориентированы на приобретение студентами
навыков применения основных законов, методик расчёта и анализа различных процессов,
происходящих в электрических цепях. С этой целью преподаватель выдаёт перечень задач
по расчёту электрических схем и контролирует их выполнение.
При проведении практических занятий учитывается самостоятельная аудиторная
работа студента с присвоением баллов.
Лабораторные работы ориентированы на закрепление теоретических знаний и
получение практических навыков в исследовании различных процессов, происходящих в
электрических цепях, электрических машинах.
В результате выполнения лабораторных работ студенты получают навыки работы с
контрольно-измерительными приборами, со справочной и другой технической
литературой, оформления технических отчётов. В рамках времени отведённого на
лабораторные работы, производится защита работы с присвоением баллов.
Тематический контроль в осуществляется путем проведения контрольных работ по
материалам тематических разделов с присвоением баллов.
Обязательным условием аттестации студента является выполнение всех видов
занятий.
Семестровый контроль (экзамен) по дисциплине осуществляется в соответствии с
«Положением об организации учебного процесса»
12 Методы контроля знаний и система присвоения баллов
Текущий контроль проводится в виде непрерывного и рубежного контроля:
– непрерывный контроль осуществляется на практических занятиях путем оценки
активность, самостоятельность, правильность устных ответов и решения задач.
– рубежный контроль проводится в виде контрольных работ по основным
разделам курса.
Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных модулей
разработаны и используются следующие средства:
– перечень контрольных вопросов по отдельным темам и разделам дисциплины;
– перечень проблемных тем научно– исследовательских работ;
– методические указания к лабораторным работам.
Итоговый контроль имеет целью проверку уровня знаний и умений по
дисциплине.
Итоговый контроль по дисциплине осуществляется в форме экзамена .
Критериями оценки компетенций являются:
– способность к самостоятельной, индивидуальной работе;
– умение и способность использовать основные законы электротехники, применять
методы математического анализа, теоретического и экспериментального исследования;
– готовность работать электроэнергетических и электротехнических объектов;
9
Условиями получения положительной оценки на экзамене является успешное
освоение всех теоретических разделов дисциплины, выполнение и защита лабораторных
работ.
Ответы студентов на экзамене оцениваются по четырехбалльной системе оценками
«отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно».
Ответ оценивается на «отлично», если студент глубоко и прочно усвоил учебный
материал рабочей программы дисциплины, исчерпывающе, последовательно, грамотно и
логически стройно его излагает, не затрудняется с ответом при видоизменении задания,
свободно справляется с решением практических задач и способен обосновать принятые
решения, не допускает ошибок.
Ответ оценивается на «хорошо», если студент твердо знает программный
материал, грамотно и по существу его излагает, не допускает существенных неточностей
при ответах, умеет грамотно применять теоретические знания на практике, а также
владеет необходимыми навыками решения практических задач.
Ответ оценивается на «удовлетворительно», если студент освоил только
основной материал, однако не знает отдельных деталей, допускает неточности и
некорректные формулировки, нарушает последовательность в изложении программного
материала и испытывает затруднения при выполнении практических заданий.
Ответ оценивается на «неудовлетворительно», если студент не усвоил
отдельных разделов учебного материала рабочей программы дисциплины, допускает
существенные ошибки, с большими затруднениями выполняет практические задания.
13 Перечень вопросов, выносимых на семестровый контроль
1. Устройство и принцип действия трансформаторов.
2. Режим холостого хода трансформатора.
3. Режим короткого замыкания трансформатора.
4. Работа трансформатора под нагрузкой. Внешняя характеристика трансформатора.
5. Потери мощности в трансформаторе и его КПД.
6. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя. Конструкции роторов.
7. Вращающий момент асинхронного двигателя. Механическая характеристика.
8. Устройство и принцип действия синхронного генератора.
9. Принцип действия синхронного двигателя, особенности пуска.
10. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.
11. Реакция якоря в синхронном генераторе.
12. Основные характеристики синхронного генератора.
13. Устройство и принцип действия машин постоянного тока.
14. Способы возбуждения машин постоянного тока.
15. Генераторы независимого возбуждения. Их характеристики.
16. Генераторы параллельного возбуждения. Их характеристики.
17. Генераторы смешанного возбуждения. Их характеристики.
18. Пассивные элементы электронных схем. Резисторы. Конденсаторы. Катушки
индуктивности. Трансформаторы. Основные параметры. Типы. Конструкции.
19. Основы зонной теории твердого тела. Классификация веществ по зонной теории.
Электропроводность
полупроводников.
Собственная
и
примесная
электропроводность. Носители зарядов в полупроводниках.
20. Полупроводниковые резисторы. Характеристики, типы, принципы действия и
назначение.
21. Электронно-дырочный переход. Прямое и обратное включение. ВАХ электроннодырочного перехода.
10
22. Полупроводниковые диоды. Структура. Принцип действия. ВАХ диода. Основные
параметры. Маркировка.
23. Стабилитроны. Принцип действия. ВАХ диода. Основные параметры. Условнографические обозначения.
24. Биполярные транзисторы. Структура. Принцип действия. ВАХ. Основные
параметры. Условно-графические обозначения.
25. Схемы включения биполярных транзисторов. Их характеристики.
26. Режимы работы биполярных транзисторов.
27. Динистор. Структура. Принцип действия. ВАХ. УГО. Основные параметры
28. Триодный тиристор. Структура. Принцип действия. ВАХ. УГО. Основные
параметры.
29. Симистр. Структура. Принцип действия. ВАХ. Условно-графические обозначения.
30. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом. Структура. Принцип
действия. ВАХ. Основные параметры. Условно-графические обозначения.
31. Усилители электрических сигналов. Структура. Основные понятия.
32. Усилительный каскад по схеме с ОЭ. Схема. Принцип работы. Графоаналитический расчет.
33. Операционный усилитель. Структурная схема. УГО. Основные характеристики.
Использование ОУ с ОС.
34. Схемы усилителей, сумматоров, интеграторов на ОУ. Передаточные
характеристики. Импульсные устройства на ОУ.
35. Однополупериодная схема выпрямления. Принцип работы. Временные
диаграммы.
36. Двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной
обмотки трансформатора. Принцип работы. Временные диаграммы.
37. Мостовая схема выпрямления. Принцип работы. Временные диаграммы.
38. Трехфазные выпрямители.
1
2
3
4
5
6
7
8
14 Учебно-методическое обеспечение
Основная литература:
Электротехника и основы электроники: учебник / И.И.Иванов, Г.И.Соловьёв,
В.Я.Фролов. – 7-е изд., перераб. и доп.– СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 736 с.
(ЭБ).
Сборник задач по основам теоретической электротехники: учебное пособие / Под
ред. Ю.А.Бычкова [и др.].– СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 400 с. (ЭБ).
Электротехника и основы электроники: учебник / И.И.Иванов, Г.И.Соловьёв,
В.Я.Фролов. – 7-е изд., перераб. и доп.– СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 736 с.
(ЭБ).
Голиков С.П. Электротехника и электроника: конспект лекций для студентов
неэлектрических специальностей / С.П. Голиков. – Керчь : КГМТУ, 2009. – 100 с.
Коваленко Г.А. Методические указания к выполнению лабораторных работ по
дисциплине «Электротехника» для студентов неэлектрических специальностей /
Г.А.Коваленко, Е.И. Матеух. – Керчь : КГМТУ, 2009. – 100 с.
Дополнительная литература:
Елшин, А.И. Электротехника и основы электроники: учебное пособие / А.И.Елшин,
В.И.Мухин. – Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн. трансп., 2009. – 168 с.
Морозов А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника. – М.: Высш. шк.,
1987. – 448 с.
Электротехника: учебник. / А.С.Касаткин, М.В. Немцов. – 6-е изд., перераб. – М.:
Академия, 2000. – 542 с.
11
15 Информационные ресурсы
1. Литература библиотеки КГМТУ, адрес библиотеки КГМТУ: г. Керчь, ул.
Орджоникидзе, 50
2. Материалы сети Internet :
http://techliter.ru/load/uchebniki_posobya_lekcii/61,
http://www.diagram.com.ua/library/index.shtml,
175882-tehnicheskaya-elektronnaya-biblioteka-bolee-150-knig,
http://umup.narod.ru/, http://ellib.gpntb.ru/, http://moryak.biz/forum/showthread,
http://sea.ibooks.ru/, http://www.sealib.com.ua/.
16 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лабораторные работы проводятся в специализированной учебной лаборатории,
оборудованной
– стенд общая электротехника;
– стенд «исследование однофазного трансформатора»;
– стенд «исследование асинхронного двигателя»;
– стенд «исследование генератора постоянного тока»;
– стенд «исследование двигателя постоянного тока»;
– стенд «исследование синхронного генератора»;
Лекции и практические занятия проводятся в учебной специализированной аудитории.
Аудитория оснащена тематическими плакатами, наглядными установками, настенным
экраном и мультимедийным проектором.
12