МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭНМИ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 150700 Машиностроение

Профиль(и) подготовки: Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА"

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

базовая

№ дисциплины по учебному плану:

ЭНМИ; Б3.6

Часов (всего) по учебному плану:

288

Трудоемкость в зачетных единицах:

8

4 семестр – 4;
5 семестр - 4

Лекции

72 часа

4, 5 семестры

Практические занятия

18 часов

4 семестр

Лабораторные работы

54 часа

4, 5 семестры

Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

4, 5 семестры

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

144 час

Экзамены

устный

5 семестр

Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрены

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является освоение методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей, получение общего представления о теории электромагнитного поля, изучение принципа действия электрических машин постоянного и переменного тока, изучение основ электроники.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

·  владеть навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

·  способность к систематическому изучению научно-технической информации отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-17);

·  обеспечивать моделирование технических объектов и технологических процессов с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования, проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПК-18);

·  принимать участие в работах по составлению научных отчетов по выполненному заданию и во внедрении результатов исследований и разработок в области машиностроения (ПК-19);

·  демонстрировать знание теоретических основ рабочих процессов в электрических машинах;

·  использовать технические средства для измерения основных параметров объектов деятельности.

Задачами дисциплины являются:

·  изучение магнитного поля и его проявлений в различных технических устройствах;

·  освоение современных методов и средств анализа и расчета цепей;

·  изучение методов расчета электрических и магнитных полей, знание которых необходимо для успешной профессиональной деятельности.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3.6 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов» направления 150700 Машиностроение.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Высшая математика", "Физика", "Теоретическая механика". Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, программ магистерской.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  устройство, принцип действия, основные области применения основных электротехнических и электронных устройств (ПК-18);

·  основные методы расчета электрических схем (ОК-10);

·  принцип действия электрических машин постоянного и переменного тока;

·  принцип действия основных электроизмерительных приборов.

Уметь:

·  применять методы анализа и расчета электрических и магнитных цепей в профессиональной деятельности (ОК-10);

·  применять компьютерные средства для проведения расчетов (ОК-12);

·  правильно выбирать электроизмерительные приборы для проведения измерений;

·  использовать инструкции, описания, технические паспорта о работе устройств и установок (ПК-17).

Владеть:

·  методиками расчета электрических и магнитных цепей (ОК-10);

·  основными методиками расчета электронных схем (ПК-18);

·  навыками разработки технической документации в соответствии со стандартами и другими нормативными документами (ПК-19).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часов.

4 семестр

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Электрические цепи постоянного тока

28

4

4

2

6

10

Расчетное задание 1; защита лабораторных работ; самостоятельная работа

2

Однофазные цепи синусоидального тока

38

4

8

4

6

14

Расчетное задание 2; защита лабораторных работ; самостоятельная работа

3

Трехфазные цепи

28

4

6

4

6

10

Расчетное задание 3; защита лабораторной работы

4

Несинусоидальные периодические токи и напряжения

16

4

4

2

8

Тест

5

Переходные процессы в электрических цепях

16

4

4

2

8

Тест

6

Теория электромагнитного поля

34

4

10

4

24

Расчетное задание 4;

7

Зачет

4

По результатам защит лабораторных работ и тестирования

8

Экзамен

Не предусмотрен

9

Итого

144

36

18

18

72

5 семестр

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Основы теории полупроводников

4

5

2

2

Устный опрос

2

Неуправляемые выпрямители

12

5

4

4

4

Защита лабораторной работы.

3

Биполярные транзисторы. Усилительные каскады на биполярных транзисторах.

14

5

4

6

4

Защита лабораторной работы.

4

Операционные усилители. Устройства на базе операционных усилителей

16

5

4

4

8

Защита лабораторной работы.

5

Основы цифровой электроники

12

5

4

4

4

Защита лабораторной работы. Тест по разделам 2-5.

6

Электрические машины постоянного тока

16

5

6

6

4

Защита лабораторной работы

7

Асинхронные машины

16

5

6

6

4

Защита лабораторной работы

8

Синхронные машины

20

5

6

6

8

Защита лабораторной работы. Тест по разделам 7-9

Зачет

5

По результатам защит лабораторных работ и тестирования

Экзамен

34

5

--

--

--

34

Устный

Итого:

144

36

36

72

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

4 семестр

1. Электрические цепи постоянного тока

Электрические цепи постоянного тока. Характеристики и схемы замещения источников и приемников электрической энергии. Режимы работы источников постоянного тока. Эквивалентные преобразования пассивных участков электрической цепи. Анализ цепей методом Кирхгофа, методом межузлового напряжения, методом эквивалентного активного двухполюсника. Нелинейные цепи постоянного тока

. 2. Однофазные цепи синусоидального тока

Однофазные электрические цепи синусоидального тока. Параметры синусоидальных электрических величин. Элементы цепи переменного тока. Электрические цепи с R, L и C элементами. Комплексные уравнения электрического состояния цепи. Построение топографических диаграмм. Последовательное и параллельное соединение элементов в цепи синусоидального тока, резонанс токов и напряжений. Частотные свойства цепей синусоидального тока. Мощность цепи синусоидального тока.

3.Трехфазные цепи

Трехфазные цепи. Роль трехфазных цепей в современной энергетике. Способы соединения фаз трехфазного источника питания. Фазные и линейные напряжения. Анализ трехфазных цепей при соединении приемников звездой и треугольником. Мощность трехфазных цепей. Коэффициент мощности трехфазных симметричных приемников и способы его повышения. Техника безопасности при эксплуатации трехфазных цепей.

4. Несинусоидальные периодические токи и напряжения

Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях. Способы представления периодических несинусоидальных величин, действующие и средние значения. Анализ электрических цепей несинусоидального тока. Электрические фильтры.

5. Переходные процессы в электрических цепях

Определение переходных процессов, причины их возникновения. Законы коммутации. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей. Начальные условия. Классический метод расчета переходных процессов. Переходные процессы в цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора. Переходные процессы при подключении катушки индуктивности к источнику постоянной ЭДС. Переходные процессы при отключении индуктивной катушки от источника постоянной ЭДС и замыкании ее на резистор.

6. Теория электромагнитного поля

Статические и стационарные электрические поля. Электростатическая индукция. Электрические поля и токи в проводящих средах. Основные величины, характеризующие магнитное поле. Основные характеристики ферромагнитных материалов. Роль ферромагнитных материалов в магнитных цепях. Электромагнитные устройства. Магнитодвижущая сила. Система магнито-электрических аналогий. Расчет магнитных цепей постоянного и переменного потока для различных конструкций сердечников. Переменное электромагнитное поле в проводящей среде. Поверхностный эффект и сопротивление проводников переменному току. Электромагнитные экраны. Основы численного анализа электромагнитных полей. Вихретоковые и магнитоэлектрические первичные преобразователи.

5 семестр

1. Основы теории полупроводников

Электронные приборы, характеристики, параметры, назначение. Понятие о полупроводимости, полупроводниковые материалы и их свойства. Легирование полупроводников, n - и p-проводимость. P-n переход. Свойства p-n перехода.

2. Неуправляемые выпрямители

Однополупериодный выпрямитель. Схема, принцип действия, анализ временных зависимостей. Мостовой выпрямитель. Схема, принцип действия, анализ временных зависимостей. Применение фильтров для сглаживания пульсаций напряжения. Внешние характеристики выпрямителей. Стабилизаторы напряжения. Структурная схема выпрямителя.

3. Биполярные транзисторы. Усилительные каскады на биполярных транзисторах.

Биполярный транзистор, его структура. Принцип работы в усилительном режиме, основные характеристики. Принцип действия усилительного каскада с общим эмиттером. Амплитудная характеристика усилительного каскада с общим эмиттером. Схема замещения усилительного каскада с общим эмиттером по переменной составляющей. Выражение для коэффициента усиления по напряжению, а также для входного и выходного сопротивлений. Графический анализ работы усилительного каскада с общим эмиттером. Многокаскадные усилители.

4. Операционные усилители. Устройства на базе операционных усилителей

Усилители постоянного тока. Операционный усилитель, его основные параметры. Отрицательная обратная связь в усилителях. Влияние ОС на параметры и характеристики усилителя. Инвертирующий усилитель и сумматор на основе операционного усилителя. Схема, выражение для коэффициента усиления. Неинвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Избирательный усилитель на основе операционного усилителя. Дифференцирующий и интегрирующий усилители на основе операционного усилителя. Генератор линейно-изменяющегося напряжения. Компаратор и триггер Шмитта на основе операционного усилителя. Мультивибратор на базе триггера Шмита.

5. Основы цифровой электроники

Преимущества передачи информации в виде импульсов. Основные логические элементы НЕ, ИЛИ, И, ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Таблицы истинности, схемная реализация. Асинхронный и синхронный RS -триггеры. Схема, таблица переходов, временные диаграммы. Триггеры и счетчики. Регистры. Микропроцессоры, системы команд микропроцессоров. Цифровые электронные усройства, измерение электрических величин.

6. Электрические машины постоянного тока

Устройство, принцип действия генератора постоянного тока. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением. Условия самовозбуждения. Внешние характеристики генераторов постоянного тока с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока. Схема замещения цепи якоря, уравнение электрического состояния. Свойство саморегулирования. Пусковые характеристики двигателя постоянного тока. Изменение тока якоря, скорости и ЭДС при пуске двигателя. Регулирование скорости двигателя постоянного тока. Механические характеристики ДПТ при различных способах регулирования.

7. Асинхронные машины

Вращающееся магнитное поле. Скорость поля и его реверс. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Скольжение. Зависимость ЭДС и тока ротора от скольжения. Свойство саморегулирования. Пуск трехфазного асинхронного двигателя. Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя. Мощность потерь и КПД трехфазного асинхронного двигателя. Зависимость КПД от механической мощности.

8. Синхронные машины

Устройство и принцип действия синхронного генератора. Синхронизация генератора перед его включением в сеть. Регулирование активной мощности синхронного генератора изменением момента первичного двигателя. Влияние тока возбуждения ротора на работу включенного в сеть синхронного генератора. Условия устойчивой работы синхронного генератора с сетью. Выход СГ из синхронизма. Устройство и принцип действия синхронного двигателя. Угловые и механические характеристики двигателя. Свойство саморегулирования. Пуск синхронного двигателя. Способы пуска. Роль обмотки типа "беличье колесо" у СД в период пуска и при работе двигателя. Пусковые свойства двигателей постоянного тока, асинхронных и синхронных двигателей: возможность получения значительных пусковых моментов, ограничения пусковых токов.

4.2.2. Практические занятия

4 семестр

1. Анализ цепей постоянного тока с одним источником питания.

2. Анализ цепей постоянного тока с несколькими источниками питания.

3. Определение параметров эквивалентных схем замещения пассивного двухполюсника в цепи синусоидального тока.

4. Резонанс токов и напряжений в цепи синусоидального тока.

5. Фазосдвигающие и мостовые цепи.

6. Анализ четырехпроводных и трехпроводных цепей.

7 Компенсация коэффициента мощности в трехфазных цепях. Аварийные режимы работы трехфазных цепей.

8 Анализ переходных процессов в цепях синусоидального тока.

9 Линейные цепи несинусоидального тока.

5 семестр

Практические занятия учебным планом не предусмотрены.

4.3. Лабораторные работы

4 семестр

№1. Вольт-амперные характеристики источников и приемников постоянного тока.

№2. Метод эквивалентного активного двухполюсника.

№3. Последовательное соединение элементов в цепях синусоидального тока.

№4. Параллельное соединение ветвей в цепях синусоидального тока.

№5. Исследование работы трехфазных цепей при соединении приемников треугольником.

5 семестр

№1. Неуправляемые выпрямители.

№2. Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе.

№3. Применение операционных усилителей.

№4. Логические элементы и устройства.

№5. Исследование эксплуатационных характеристик генераторов постоянного тока.

№6. Эксплуатационные свойства двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

№7. Эксплуатационные особенности трехфазного асинхронного двигателя.

№8. Особенности работы синхронного генератора в мощной энергосистеме.

4.4. Расчетные задания

4 семестр

№ 1. Расчет цепей постоянного тока методом эквивалентного активного двухполюсника.

№ 2. Расчет разветвленных цепей однофазного синусоидального тока.

№ 3. Расчет трехфазных цепей с несколькими приемниками.

№4. Расчет разветвленной магнитной цепи постоянного потока

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

4 семестр

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрены.

5 семестр

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрены.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием компьютерных презентаций. Часть разбираемого материала сопровождается демонстрациями примеров моделирования электронных устройств.

Практические занятия проводятся в традиционной форме и включают в себя практическое применение теоретического материала.

Лабораторные занятия проводятся с применением пакета ПСУН для персональных компьютеров по разделу курса «Электрические цепи» (авторы , , ).

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, опросам, самостоятельным и контрольным работам, защитам лабораторных работ, выполнение индивидуальных домашних заданий, расчетных заданий, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются самостоятельные работы, контрольные работы, устный опрос, индивидуальное домашнее задание, защиты лабораторных работ.

Аттестация по дисциплине – зачет (в 5 семестре); зачет и экзамен (в 6 семестре).

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.1. Электрические и магнитные цепи / В. Герасимов. , и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 19с.: ISBN -Х

2. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины / , , и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 19с.: ISBN -8 (кн.2)

3. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.3. Электрические измерения и основы электроники/ , , и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 19с.: ISBN -8 (кн.3)

4. , , и др. Электрические и магнитные цепи. Лабораторно-практические занятия на стендах с компьютерами по дисциплине «Электротехника и электроника». – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 28 с.

5. , , . Сборник индивидуальных заданий по курсу «Электротехника и электроника» (линейные электрические цепи). – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 44 с.

6. , , и др. Электрические машины. Лабораторно-практические занятия: методическое пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 16 с.

7. , , . Электрические машины. Сборник индивидуальных заданий. Методическое пособие по курсу «Электротехника и электроника»: М.: Издательство МЭИ, 2002. – 16с.

8. , , . Основы электроники. Методическое пособие к лабораторно-практическим занятиям по курсу «Электротехника и электроника». – М.: Изд-во МЭИ, 2000. – 12 с.

9. , , . Основы электроники. Сборник индивидуальных заданий. Методическое пособие по курсу «Электротехника и электроника». – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 20 с.

б) дополнительная литература:

1. Электротехника. Учебник для вузов/ , , Высшая школа, 20с.: ISBN -6.

2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник / – М.: Гардарики, 2006. – 701 с.: ISBN -6.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. MS Office 2003, Visual Studio 2005, Java 2.

2. Сайт дисциплины «Электротехника и электроника» WWW. ***** (со всеми методическими материалами в электронной форме) /

б) другие (доступны в локальной сети кафедры):

1. Электронный «Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника»». Часть 1 - «Электрические цепи». (Лекции, упражнения и виртуальные лабораторные работы, самоконтроль в локальной сети кафедры) /, ,

2. Электронный «Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника»». Часть 2 - «Электрические машины». (Лекции, упражнения и виртуальные лабораторные работы, самоконтроль) /, ,

3. Электронный «Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника»». Часть 3 - «Основы электроники». (Лекции, упражнения и виртуальные лабораторные работы, самоконтроль) /, ,

4. Контрольные Тесты на ПК. Часть 1. «Электрические цепи» /,

5. Контрольные Тесты на ПК. Часть 2. «Электрические машины» /, ,

6. Контрольные Тесты на ПК. Часть 3. «Основы электроники» /, , .

7. Пакет ПСУН для сопровождения 5 лабораторных работ на стендах с ПК по разделу «Электрические цепи» /, ,

8. Пакет ПСУН - виртуальные лабораторные работы: по разделу «Электрические и магнитные цепи» /

9. Пакет ПСУН - виртуальные лабораторные работы: по разделу «Электрические машины» /,

10. Пакет ПСУН - виртуальные лабораторные работы: по разделу «Основы Электроники» /

11. Демонстрационные материалы в электронной форме для лекций в поточной аудитории, оборудованной аудиовизуальными средствами. Автор –

12. Пакет ПСУН – Модели электрических машин (двигатель постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель, синхронный двигатель) /,

13. Пакет ПСУН – модели электронных устройств (неуправляемые выпрямители, параметрический стабилизатор, усилительный каскад на биполярном транзисторе - временные свойства, усилительный каскад на биполярном транзисторе - частотные свойства, инвертирующий каскад на ОУ, неинвертирующий каскад на ОУ) /

14. Пакет ПСУН - для анализа свойств электрических и магнитных цепей, электронных схем/,

15. Программа – калькулятор для инженерных арифметических и алгебраических расчетов, представления графиков зависимостей и векторных диаграмм при изучении дисциплины Электротехника и электроника/

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Лекционная аудитория.

В аудитории установлена аудиовизуальная система (компьютер, мультимедийный проектор, экран, радиомикрофон) для чтения лекций.

8.2. Лаборатория электрических цепей и электрических машин.

В лаборатории расположено восемь универсальных учебных стендов, состоящих из двух секций: электрические цепи и электрические машины. В секции электрических цепей установлены элементы для сборки электрических цепей: резисторы, конденсаторы, диоды, индуктивные катушки, измерительные приборы. В секции электрических машин установлены машина постоянного тока, асинхронная и синхронная машины, регулировочные и нагрузочные реостаты, измерительные приборы, стрелочный синхроноскоп. На столе каждого стенда размещен пульт источников питания с вольтметрами, ручками регулировки напряжения и сигнальными лампами. На каждом стенде установлен персональный компьютер.

8.3. Лаборатория электроники.

В лаборатории расположено восемь универсальных стендов со съемными панелями, на которых расположены объекты исследования: диоды с электрическими фильтрами; элементы для сборки схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе; операционные усилители и цепи обратной связи; логические микросхемы. На каждом стенде установлены мультиметры, осциллограф, генератор переменного напряжения и персональный компьютер.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 150700 «Машиностроение» и профилю «Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., доцент

"СОГЛАСОВАНО":

Зав. кафедрой Технологии металлов

д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Электротехники и интроскопии

к. т.н., профессор