МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль(и) подготовки: Промышленная теплоэнергетика; Энергетика теплотехнологий; Энергообеспечение предприятий; Автономные энергетические системы; Экономика и управление на предприятии теплоэнергетики.
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА"
Цикл: | Профессиональный | |
Часть цикла: | Базовая | |
№ дисциплины по учебному плану: | ИПЭЭФ;Б3.8 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 288 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 8 | 3 семестр – 4 4 семестр – 4 |
Лекции | 72 час | 3, 4 семестры |
Практические занятия | 18 час | 3 семестр |
Лабораторные работы | 36 час | 3, 4 семестры |
Расчетные задания, рефераты | 36 час самостоят. работы | 3,4 семестры |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 162 час | |
Экзамены | 4 семестр | |
Курсовые проекты (работы) | не предусмотрены |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является расширение и углубление знаний, полученных студентами
при изучении раздела «Электричество и магнетизм» курса физики, в области теории и
практики производства, передачи, преобразования и использования электрической энергии.
Основными задачами изучения дисциплины являются:
- закрепление знания основных законов электростатики и электродинамики
применительно к электрическим и магнитным цепям, электрическим машинам, и электронным устройствам;
- изучение принципов действия, режимных характеристик, областей применения и
потенциальных возможностей основных электротехнических, электронных устройств и
электроизмерительных приборов;
- освоение основ электробезопасности.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели, выбирать пути их достижения (ОК-1)
· к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
· к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
· демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
· выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
· формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (публичной защитой) (ПК-7);
· проводить эксперименты по заданной методике и анализировать результаты с привлечением соответствующего математического аппарата (ПК-18);
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю : Промышленная теплоэнергетика; Энергетика теплотехнологий; Энергообеспечение предприятий; Автономные энергетические системы; Экономика и управление на предприятии теплоэнергетики направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: “Математика”, "Физика(общая) ".
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплины "Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация".
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· устройство, принцип действия, области применения основных электротехнических и электронных устройств и электроизмерительных приборов; (OK-1,ПК-2,ПК-3)
· основные понятия, законы электротехники и электроники и границы их применимости; (ПК-2,ПК-3)
· математические модели объектов электротехники и электроники, возникающие в них электромагнитные процессы и результаты их анализа; (ПК-3)
· методы анализа электрических, магнитных и электронных цепей(ПК-1,ПК-2);
· принципы функционирования, свойства, области применения и потенциальные возможности основных электротехнических устройств, электронных приборов и узлов, электроизмерительных приборов; основы электробезопасности. (ПК-5,ПК-12)
Уметь:
· описывать и объяснять электромагнитные процессы в электрических цепях и устройствах; (ПК-2,ПК-3)
· читать электрические схемы электротехнических и электронных устройств;(ПК-6)
· составлять простые электрические схемы цепей и их спецификации;(ПК-10,ПК-9)
· экспериментальным способом и на основе паспортных (каталожных) данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств; (ПК-18,ПК-19)
· грамотно выбирать и применять в своей работе электронные приборы, электротехнические устройства и аппараты. (ПК-17)
Владеть:
· методиками расчета цепей постоянного и переменного тока, электрических машин, трансформаторов, простейших электронных приборов, методами измерения электрических и неэлектрических величин типовыми приборами; (ПК-9)
· навыками планирования и практического выполнения действий по проведению экспериментов и электроизмерений, анализа результатов, в частности, навыков моделирования объектов и электромагнитных процессов с использованием современных вычислительных средств.(ПК-1, ПК-7, OК-3, ОК-7)
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единицы, 288 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | 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 | 3 | 6 | 6 | 6 | 10 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
2 | Электрические цепи переменного тока | 36 | 3 | 12 | 6 | 6 | 12 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
3 | Трехпроводные и четырехпроводные трехфазные цепи | 30 | 3 | 6 | 6 | 6 | 12 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
4 | Переходные процессы в электрических цепях | 12 | 3 | 4 | 0 | 8 | Контрольная работа | |
5 | Линейные и нелинейные цепи | 14 | 3 | 4 | 0 | 10 | Контрольная работа | |
6 | Магнитные цепи, трансформаторы | 14 | 3 | 4 | 0 | 10 | Контрольная работа | |
7 | Электрические машины постоянного тока | 22 | 4 | 6 | 0 | 4 | 12 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
8 | Асинхронные машины | 24 | 4 | 8 | 0 | 4 | 12 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
9 | Синхронные машины | 18 | 4 | 4 | 0 | 2 | 12 | Защита лабораторных работ, расчетные задания |
10 | Основы электроники и импульсных устройств | 54 | 4 | 18 | 8 | 28 | Защита лабораторных работ, расчетные задания | |
Экзамен | 36 | 4 | -- | -- | -- | 36 | Устный | |
Итого: | 288 | 72 | 18 | 36 | 162 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
3 семестр
1.Электрическая цепь постоянного тока. Основные понятия.
Понятие электрической цепи. Источники и приемники. Источники реальные и идеальные. ВАХ. Приемники идеальные и реальные, связь тока и напряжения на идеальных приемниках. Топология цепи. Электрические схемы. Режимы работы источников электрической энергии как активного двухполюсника (короткое замыкание, холостой ход и согласованный режим). Законы электрического равновесия (законы Кирхгофа).Метод анализа электрической цепи на основе законов Кирхгофа. Анализ электрической цепи с одним источником эдс на основе эквивалентного преобразования. Принцип суперпозиции. Делители напряжения и тока. Анализ электрической цепи методом эквивалентного активного двухполюсника. Анализ электрической цепи с нелинейным элементом.
2.Однофазные электрические цепи синусоидального тока
Переменный ток, амплитуда, мгновенное значение, начальная фаза, частота и период. Переменный ток в элементах R, L, C. Векторное представление переменного тока. Представление переменного тока в комплексной форме. Закон Ома в комплексной форме. Законы Кирхгофа в комплексной форме. Мощность в цепи переменного тока. Последовательное соединение элементов R, L, C, условие резонанса. Векторная диаграмма при последовательном соединение элементов R, L, C. Параметры последовательного колебательного контура. Параллельное соединение элементов R, L, C, резонансная частота.
3. Трехфазные цепи
Трехфазные цепи. Способы соединения трехфазных источников электрической энергии. Линейное и фазное напряжение. Нагрузка в трехфазной цепи. Соединение нагрузки звездой. Трех и четырехпроводное подключение нагрузки. Соединение нагрузки треугольником. Фазные и линейные токи. Мощность в трехфазной цепи.
4. Обеспечение безопасности при эксплуатации электрических цепей
Зануление и заземление. Типы заземлений. Правила эксплуатации электрических цепей. Нормативные документы по электробезопасности.
5. Переходные процессы.
Законы коммутации. Анализ переходного процесса в цепи RL. Анализ переходного процесса в цепи RC (заряд конденсатора). Анализ переходного процесса в цепи RC (разряд конденсатора). Анализ переходного процесса в цепи RLC. Критический режим.
5. Негармонические сигналы
Периодическое негармоническое воздействие. Анализ цепи при негармоническом воздействии. Электрические фильтры.
6. Четырехполюсники
Четырехполюсники. Методы анализа четырехполюсников. Уравнения в Z и h параметрах.
7. Магнитные цепи и трансформаторы
Магнитное поле. Классификация материалов по магнитным свойствам. Ферромагнитные материалы. Петля гистерезиса. Анализ неразветвленной магнитной цепи. Трансформаторы. Классификация. Принцип работы в режимах холостого хода, рабочем и короткого замыкания.
4 семестр
1.Машины постоянного тока.
Машины постоянного тока. Назначение и устройство. Принцип работы в генераторном режиме. Уравнение и эквивалентная схема замещения якорной цепи. Способы возбуждения. Принцип работы в двигательном режиме. Механическая характеристика. Пуск двигателя постоянного тока. Способы возбуждения. Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока.
2.Асинхронные электрические машины
Конструкция и принцип действия асинхронной машины. Основные уравнения, векторная диаграмма и схемы замещения. Электромагнитный момент и механическая характеристика асинхронной машины. Потери, КПД и рабочие характеристики асинхронного двигателя. Пуск в ход асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и контактными кольцами. Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками. Способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Торможение асинхронных двигателей. Однофазные асинхронные двигатели.
3 .Синхронные машины
Конструкция и принцип действия синхронной машины. Характеристика холостого хода синхронного генератора. Характеристики синхронных генераторов. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронной машины. Параллельная работа синхронного генератора с сетью. Регулирование активной и реактивной мощности
4. Полупроводники, p-n переход.
Понятие полупроводники. Типы полупроводников. p-n переход, потенциальный барьер, пробой. Диод идеальный и реальный. ВАХ диода. Разновидности диодов: фотодиод, светодиод, варикап, тиристор.
5. Выпрямители
Однополупериодный выпрямитель. Мостовой выпрямитель. Фильтры в выпрямителях, расчет емкости конденсатора. Внешняя характеристика выпрямителя. Выбор диодов для выпрямителей.
6. Стабилизация напряжения
Параметрический стабилизатор. Компенсаторные стабилизаторы.
7. Биполярный транзистор
Устройство и принцип действия биполярного транзистора. Каскад с общим эмиттером. Схема замещения в h-параметрах. Основные соотношение в каскаде с ОЭ. АЧХ каскада с общим эмиттером. Графоаналитический метод расчета каскада с ОЭ. Каскад с улучшенной термостабильностью. Каскад с общим коллектором. Полевые транзисторы.
8. Усилители мощности
Классы работы усилительных каскадов. КПД усилительного каскада. Усилители мощности. Двухтактный безтрансформаторный усилитель мощности.
9. Дифференциальный усилитель
Усилители постоянного тока. Дрейф нуля. Дифференциальный усилительный каскад. Операционный усилитель, его принцип действия и устройство. ВАХ операционного усилителя.
10. Схемы на основе операционных усилителей.
Инвертирующий и неинвертирующий усилитель. Интегратор, дифференциатор, сумматор. Активные фильтры на основе операционных усилителей. Обратные связи в схемах на операционных усилителях, их классификация. Аналоговое устройство сравнения – компаратор. Триггер Шмитта. Мультивибратор на основе операпционного усилителя. Генераторы на основе мультивибратора.
11. Измерения в электротехнике
Измерения токов и напряжений. Измерения импенданса. Измерение мощности. Цифровые и аналоговые измерения. Принцип действия и устройство осцилографа.
4.2.2. Практические занятия
3 семестр
· Анализ цепи постоянного тока с одним источником.
· Анализ цепи постоянного тока с несколькими источниками. Метода активного двухполюсника.
· Определение параметров эквивалентных схем замещения пассивного двухполюсника в цепи синусоидального тока.
· Последовательное соединение элементов в цепи синусоидального тока. Резонанс напряжений.
· Параллельное соединение элементов в цепи синусоидального тока. Резонанс токов.
· Анализ четырехпроводных трехфазных цепей.
· Анализ трехпроводных трехфазных цепей.
· Анализ линейных электрических цепей несинусоидального тока. Электрические фильтры.
· Контрольная работа
4 семестр
Практические занятия учебным планом не предусмотрены
4.3. Лабораторные работы
3 семестр
· №1. Вольт-амперные характеристики источников и приемников постоянного тока и их схемы замещения.
· №2. Метод эквивалентного активного двухполюсника.
· №3. Последовательное соединение элементов в цепи синусоидального тока.
· №4. Параллельное соединение элементов в цепи синусоидального тока.
· №5. Исследование режимов работы трехфазных цепей.
4 семестр
· №1 Изучение особенностей генератора постоянного тока
· №2 Эксплуатационные особенности двигателя постоянного тока параллельного возюуждения.
· №3 Эксплуатационные особенности трехфазных асинхронных двигателей.
· №4 Особенности работы синхронного генератора в мощной электросети.
· №5. Неуправляемые выпрямители.
· №6. Усилительный каскад на биполярном транзисторе.
· №7. Операционные усилители.
4.4. Расчетные задания
3 семестр
· Расчет цепей постоянного тока
· Расчет однофазных цепей синусоидального тока
· Расчет трехфазных цепей
4 семестр
· Электрические машины постоянного тока
· Асинхронный двигатель
· Синхронный генератор
· Неуправляемый выпрямитель
· Усилительный каскад
· Операционные усилители
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций.
В лаборатории электрических цепей студенты работают на ПК, используя пакеты ПСУН “Электрические цепи” (LPZ1_01-LPZ1_05) /, ,
.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы, результаты, защиты лабораторных работ и расчетных заданий.
Аттестация по дисциплине –экзамен.
Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка за экзамен.
В приложение к диплому вносится оценка на экзамен в 4 семестре.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Электротехника и электроника. Кн.1. Электрические и магнитные цепи / Под ред. . - М.: Высшая шк. – 2006.
2. Электротехника и электроника. Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины./ Под ред. . - М.: Высшая шк. – 2007.
3. Электротехника и электроника. Кн.3. Электрические измерения и основы электроники/ Под ред. . - М.: Высшая шк. – 2006.
б) дополнительная литература:
1. Электротехника /, , : Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2007
2. , Немцов М .В. Электротехника : Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М .: Энергоатомиздат , 2009
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://www. *****; http://www. *****/; http://www. /;
б) другое
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. Авторы – лекторы.
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 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилямПромышленная теплоэнергетика; Энергетика теплотехнологий; Энергообеспечение предприятий; Автономные энергетические системы; Экономика и управление на предприятии теплоэнергетики.
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
старший преподаватель
"СОГЛАСОВАНО":
Замиститель директора ИПЭЭФ
к. т.н. доцент
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Электротехники и Интроскопии
к. т.н., профессор
