МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра экспериментальной физики
Учебно-методический комплекс курса
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Специальность 260901 «Технология швейных изделий»
Согласовано: Учебно-методическая комиссия факультета «____» __________________ 2010 г. ________________________ | Рекомендовано кафедрой: Протокол № ______ «____» ____________________ 2010 г. Зав. кафедрой ______________ |
ПГПУ 2010
Автор-составитель: , к. ф.-м. н., доцент
Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 260901 «Технология швейных изделий».
Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общих профессиональных дисциплин и является обязательной для изучения.
Согласовано:
Декан физического факультета
Оглавление
I. Рабочая программа дисциплины.. 4
1. Цель и задачи изучения дисциплины.. 4
2. Требования к уровню освоения дисциплины.. 5
3. Объем дисциплины.. 6
4. Содержание курса. 7
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.. 15
II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и итоговых аттестаций. 18
I. Рабочая программа дисциплины
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Жизнь современного общества невозможно представить без применения электрической энергии. Все, что необходимо для удовлетворения материальных и духовных потребностей человека: жилище, одежда, пища, промышленные товары, средства транспорта, получение и передача информации и т. д. и т. п. – осуществляется с помощью электроэнергии. Трудно назвать такую профессию, работая по которой на современных промышленных предприятиях, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте можно было бы обойтись без фундаментальных знаний об электрических и магнитных явлениях и прикладных аспектах их применения.
Курс «Электротехника и электроника» разработан в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Он содержит систематизированное изложение основных понятий и законов, связанных с линейными цепями постоянного и переменного тока и методов их анализа, описываются трехфазные цепи, трансформаторы, электрические машины переменного и постоянного тока, нелинейные элементы электрической цепи, схемы выпрямления переменного тока, уделяется особое внимание электрическим измерениям и приборам, устройствам коммутации, а также основам электроники – полупроводниковым, электровакуумным приборам и электронным устройствам.
Для освоения дисциплины «Электротехника и электроника» студенты используют знания, умения, навыки, сформированные в процессе изучения физики в общеобразовательной школе, а также вузовских дисциплин «Математика», «Физика» и др. Освоение курса «Электротехника и электроника» является основой для изучения дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, с оборудованием швейного производства и основами проектирования оборудования.
Основная цель курса – изложить основные понятия и законы электротехники и электроники, познакомить с основами работы электротехнических устройств и электронной техники.
Для достижения цели обучения решаются следующие основные задачи:
· знакомство с основными понятиями электрических цепей постоянного и переменного тока, формирование умений и навыков по расчету цепей;
· знакомство с основными понятиями магнитных цепей, методами их расчета;
· знакомство с электрическими машинами, принципами их функционирования, основными характеристиками;
· знакомство с основами современной электроники, с ее элементной базой, физическими принципами работы тех или иных электронных устройств.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
После изучения дисциплины студент должен знать:
· об истории становления электротехники и электроники как отрасли науки и техники, о фундаментальных открытиях в физике, способствующих интенсификации развития электротехники и электроники, о людях, внесших существенный вклад в становление электротехники и электроники;
· об основных принципах получения, передачи, распределения, преобразования и использования электрической энергии;
· о способах получения постоянного или переменного тока, о выпрямителях и инверторах, позволяющих преобразовать ток одного вида в другой;
· об основных закономерностях линейных однофазных цепей переменного тока, о линейных магнитных цепях;
· о принципах построения и функционирования трехфазных цепей переменного тока;
· об устройстве и принципах действия электрических машин и трансформаторов;
· условно-графические обозначения основных элементов электрической цепи;
· о мерах предосторожности, способах защиты от поражения электрическим током при работе с электроприборами;
· об электрических измерениях и электроизмерительных приборах;
· об основах электроники, полупроводниковых приборах (диоды, полевые и биполярные транзисторы, тиристоры и др.), электровакуумных приборах, электронных устройствах (электрические фильтры, усилители, генераторы и др.);
· о микропроцессорной технике.
уметь:
· “читать” электрические схемы;
· рассчитывать простые и сложные электрические цепи постоянного или переменного тока одним из возможных методов;
· рассчитывать трехфазные цепи переменного тока;
владеть:
· практическими навыками в составлении и сборке электрических цепей, в выполнении электрических измерений, в коммутации различных электротехнических устройств.
иметь представление:
· о принципах построения и функционирования современных радиоэлектронных устройств.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Количество часов |
Всего по учебному плану |
|
Общая трудоемкость | 102 |
Аудиторные занятия | 50 |
Лекции | 26 |
Практические занятия | 24 |
Самостоятельная работа | 52 |
Курсовые работы/рефераты | – |
Виды промежуточного контроля | зачет, экзамен - 8 |
Распределение часов курса по темам и видам работ
п/п | Учебная тема | Всего часов | Аудиторные занятия, в том числе | СРС | |
лекции | практические | ||||
1 | Введение. Электрические и магнитные цепи. Основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей. Анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ и расчет магнитных цепей. | 20 | 6 | 14 | |
2 | Анализ и расчет линейных цепей переменного тока. | 20 | 4 | 8 | 8 |
3 | Электромагнитные устройства и электрические машины. Электромагнитные устройства. Трансформаторы. Машины постоянного тока (МПТ). Асинхронные машины. Синхронные машины. | 18 | 4 | 4 | 10 |
4 | Электрические измерения и приборы. | 14 | 2 | 4 | 8 |
5 | Основы электроники и электрические измерения. Элементная база современных электронных устройств. Источники вторичного электропитания; усилители электрических сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства. Основы цифровой электроники. Микропроцессорные средства. | 30 | 10 | 8 | 12 |
Итого | 102 | 26 | 24 | 52 |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
В требованиях к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки 260901 «Технология швейных изделий» по дисциплине «Электротехника и электроника» предлагаются следующие основные разделы:
ОПД. Ф.10 | Электротехника и электроника Введение; электрические и магнитные цепи; основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей; анализ и расчет линейных цепей переменного тока; анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами; анализ и расчет магнитных цепей; электромагнитные устройства и электрические машины; электромагнитные устройства; трансформаторы; машины постоянного тока (МПТ); асинхронные машины; синхронные машины; основы электроники и электрические измерения; элементная база современных электронных устройств; источники вторичного электропитания; усилители электрических сигналов; импульсные и автогенераторные устройства; основы цифровой электроники; микропроцессорные средства; электрические измерения и приборы. | 102 |
Следуя этому содержанию учебный курс «Электротехника и электроника» разбит на следующие темы:
Учебные темы курса
· Введение. Электрические и магнитные цепи. Основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей. Анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ и расчет магнитных цепей.
· Анализ и расчет линейных цепей переменного тока.
· Электромагнитные устройства и электрические машины. Электромагнитные устройства. Трансформаторы. Машины постоянного тока (МПТ). Асинхронные машины. Синхронные машины.
· Электрические измерения и приборы.
· Основы электроники и электрические измерения. Элементная база современных электронных устройств. Источники вторичного электропитания; усилители электрических сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства. Основы цифровой электроники. Микропроцессорные средства.
Краткое содержание тем курса
Раздел 1. Электротехника
Тема 1. Введение. Электрические и магнитные цепи. Основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей. Анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ и расчет магнитных цепей.
Основные (ключевые) понятия: электрическая цепь, линейная и нелинейная цепи, принципиальная схема, схема замещения, пассивные и активные элементы схем замещения, вольтамперная характеристика, условно-графическое обозначение, эквивалентные преобразования, метод расчета, двухполюсник, магнитная цепь, магнитопровод, закон полного тока для магнитной цепи, магнитодвижущая сила, магнитное напряжение, ферромагнитные материалы, петля гистерезиса, магнитно-мягкие и магнитно-твердые магнитные материалы, электромагнит, неразветвленная и разветвленная магнитные цепи.
Содержание темы:
Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и законы электрических цепей. Режимы работы электрической цепи. Методы расчета линейных электрических цепей. Метод эквивалентного преобразования схем. Соединение резистивных элементов по схеме звезды и треугольника. Применение закона Ома и правил Кирхгофа для расчетов электрических цепей. Метод контурных токов. Метод двух узлов и узловых потенциалов. Принцип и метод наложения (суперпозиции). Принцип компенсации. Метод эквивалентного источника (активного двухполюсника). Условие баланса мощностей.
Нелинейные электрические цепи постоянного тока, общие сведения. Расчет нелинейных цепей постоянного тока.
Общие сведения о магнитном поле. Магнитные цепи с постоянной магнитодвижущей силой. Элементы магнитной цепи. Закон полного тока для магнитной цепи. Свойства ферромагнитных материалов. Неразветвленные и разветвленные магнитные цепи. Расчет магнитных цепей. Электромеханическое действие магнитного поля. Катушка с магнитопроводом в цепи переменного тока. Мощность потерь в магнитопроводе. Явление феррорезонанса.
Тема 2. Анализ и расчет линейных цепей переменного тока.
Основные (ключевые) понятия: однофазная электрическая цепь переменного (синусоидального) тока, действующее (эффективное) значение тока, среднее значение тока, активный, индуктивный и емкостный элементы, резистор, катушка индуктивности, конденсатор, векторная диаграмма, символьный метод, последовательный и параллельный колебательный контуры, резонанс напряжений и токов, трехфазная электрическая цепь, линейные и фазные токи и напряжения, соединение звездой и треугольником, нейтральный провод, симметричная и несимметричная нагрузки.
Содержание темы:
Линейная однофазная электрическая цепь гармонического тока. Элементы электрической цепи синусоидального тока, основные понятия и определения. Максимальное, среднее и действующее значения синусоидальных величин. Временные и векторные диаграммы. Представление гармонически изменяющихся величин комплексными числами. Символьный метод. Активный, индуктивный и емкостный элементы в цепи переменного тока. Закон Ома для активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Фазовые соотношения для тока и напряжения. Последовательный и параллельный контуры в цепи переменного тока. Резонанс напряжений и резонанс токов. Мощность в цепи переменного тока. Активная, реактивная, комплексная и полная мощности пассивного двухполюсника.
Трехфазные электрические цепи, история возникновения, основные понятия и определения. Соединение фаз источника энергии и приемника звездой. Соединение фаз источника энергии и приемника треугольником. Расчет трехфазной цепи. Активная, реактивная, комплексная и полная мощности трехфазной симметричной системы. Несимметричный режим работы трехфазной цепи.
Тема 3. Электромагнитные устройства и электрические машины. Электромагнитные устройства. Трансформаторы. Машины постоянного тока (МПТ). Асинхронные машины. Синхронные машины.
Основные (ключевые) понятия: однофазный трансформатор, коэффициент трансформации, режим холостого хода, режим короткого замыкания, мощности потерь трансформатора в меди и стали, КПД трансформатора, трехфазный трансформатор, автотрансформатор, пик-трансформатор, сварочный трансформатор, электрическая машина, двигатель, генератор, статор, ротор, якорь, индуктор, асинхронная и синхронная машины, скольжение, коллекторная машина, способ возбуждения, механическая характеристика асинхронного двигателя, характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики генератора, индукционный регулятор, фазорегулятор, асинхронный тахогенератор, сельсин, электропривод.
Содержание темы:
Назначение, устройство, основные параметры и принцип действия однофазного трансформатора. Уравнения и схемы замещения. Режим холостого хода трансформатора. Режим короткого замыкания. Внешние характеристики трансформатора. Мощность потерь в трансформаторе. Особенности трехфазных трансформаторов. Группы соединений обмоток. Однофазные и трехфазные автотрансформаторы. Пик-трансформатор. Сварочный трансформатор. Измерительные трансформаторы. Сельсины.
Электрические машины, назначение, принципы действия и классификация. Асинхронные машины: общие сведения, устройство. Режимы работы трехфазной асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя. Скольжение. Механическая характеристика и вращающий момент асинхронного двигателя. Пуск двигателя в ход. Регулирование частоты вращения. Двухфазные и однофазные асинхронные двигатели. Индукционный регулятор, фазорегулятор, асинхронный тахогенератор.
Синхронные машины: общие сведения, устройство. Режимы работы синхронной машины. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного генератора. U-образная характеристика синхронного генератора. Пуск синхронного двигателя в ход. Синхронные двигатели малой мощности.
Машины постоянного тока: общие сведения, устройство. Режимы работы машины постоянного тока. Анализ работы щеточного токосъема. Электродвижущая сила и электромагнитный момент. Реакция якоря. Генераторы с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Коллекторные машины переменного тока.
Электропривод: общие сведения. Режимы работы электропривода.
Раздел 2. Электрические измерения и основы электроники
Тема 4. Электрические измерения и приборы.
Основные (ключевые) понятия: метрология, измерительный прибор, метод измерения, погрешность измерения, класс точности прибора, условные обозначения на приборах, логометр, индукционный счетчик, цифровой измерительный прибор, регистрирующее устройство, измерительная система.
Содержание темы:
Электрические измерения, общие сведения. Основные понятия метрологии. Методы измерения. Классификация погрешностей. Класс точности измерительных приборов. Классификация электроизмерительных устройств. Условные обозначения на приборах. Измерение тока, напряжения, мощности. Счетчики электрической энергии. Измерение параметров электрических цепей. Электронные и цифровые измерительные приборы. Методы и средства измерения неэлектрических величин.
Тема 5. Основы электроники и электрические измерения. Элементная база современных электронных устройств. Источники вторичного электропитания; усилители электрических сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства. Основы цифровой электроники. Микропроцессорные средства.
Основные (ключевые) понятия: электровакуумный прибор, лампа, полупроводники, диод, полевой и биполярный транзистор, тиристор, оптопара, интегральная микросхема, выпрямитель, инвертор, электрический фильтр, четырехполюсник, усилитель, дифференциальный и операционный усилители, электронный генератор, логический элемент, мультивибратор, триггер, логический автомат, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, микропроцессор.
Содержание темы:
Электровакуумные приборы и устройства. Электронные лампы и индикаторы. Газоразрядные приборы.
Полупроводниковые приборы и устройства. Общие сведения о полупроводниках. Контактные явления в полупроводниках. Полупроводниковые диоды и транзисторы, их основные характеристики. Тиристоры. Выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы и инверторы. Электрические фильтры и их характеристики, классификация. Коэффициент передачи, АЧХ и ФЧХ фильтров. Электронные усилители, характеристики, классификация. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Резонансный усилитель. Дифференциальный и операционный усилители. Обратная связь в усилительных устройствах. Генераторы синусоидальных колебаний. Условия самовозбуждения генератора. Логические элементы. Импульсные устройства с временно устойчивыми состояниями. Мультивибратор. Импульсные устройства с устойчивыми состояниями. Триггеры. Логические автоматы (счетчик, регистр, шифратор, дешифратор, сумматор, мультиплексор и т. д.). Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи. Программируемые устройства. Микропроцессор.
Примерные темы практических занятий
№ и название разделов и тем | Цель и содержание практического занятия | Результаты практической работы |
Изучение неразветвленных электрических цепей переменного тока. Резонанс напряжений (4 ч.) | ||
2. Электротехника / Анализ и расчет линейных цепей однофазного переменного тока. Трехфазные цепи | Исследование последовательного колебательного контура и резонанса напряжений | Таблица данных измерения тока в цепи, напряжений на активном, индуктивном и емкостном сопротивлениях, сдвига фаз между напряжением и током. Резонансные кривые. Векторные диаграммы при различных режимах работы контура |
Изучение трехфазных цепей переменного тока (4 ч.) | ||
2. Электротехника / Анализ и расчет линейных цепей однофазного переменного тока. Трехфазные цепи | Знакомство со схемами соединения (звезда и треугольник) потребителей трехфазного тока | Установление взаимосвязи между величинами линейных и фазных напряжений и токов при соединении потребителей звездой и треугольником. Векторные диаграммы |
Изучение однофазного трансформатора (4 ч.) | ||
4. Электротехника / Электромагнитные устройства, электрические машины, основы электропривода и электроснабжения | Изучение устройства однофазного трансформатора и исследование его характеристик в опытах холостого хода, короткого замыкания и в рабочем режиме | Определение коэффициента трансформации. Мощность потерь в обмотках (в меди) и в сердечнике (в стали). КПД трансформатора |
Изучение индукционного счетчика электрической энергии (4 ч.) | ||
5. Электрические измерения и основы электроники / Электрические измерения и электроизмерительные приборы | Изучение устройства и принципа действия однофазного индукционного счетчика активной энергии | Номинальная и действительная постоянные счетчика, его относительная погрешность при различных нагрузках. Определение коэффициента мощности цепи с катушкой с помощью счетчика |
Изучение выпрямителей переменного тока (4 ч.) | ||
6. Электрические измерения и основы электроники / Основы электроники | Изучение основных свойств полупроводникового диода, знакомство с основными схемами выпрямителей и сглаживающих фильтров | Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, среднее значение выпрямленного напряжения на сопротивлении нагрузки. Период и частота пульсаций выпрямленного напряжения на экране осциллографа |
Изучение генераторов постоянного тока независимого и параллельного возбуждения (4 ч.) | ||
4. Электротехника / Электромагнитные устройства, электрические машины, основы электропривода и электроснабжения | Знакомство с устройством и принципом действия генератора постоянного тока и способами его возбуждения | Характеристики холостого хода, внешние и регулировочные характеристики генератора при независимом и параллельном возбуждении |
Изучение радиоизмерительных приборов. Электронный осциллограф, генератор сигналов, электронный вольтметр (4 ч.) | ||
6. Электрические измерения и основы электроники / Основы электроники | Знакомство с радиоизмерительной аппаратурой | Умение устанавливать на генераторе сигнал с нужными параметрами. Определение амплитуды и периода сигналов при помощи осциллографа |
Изучение электрических фильтров нижних частот, верхних частот и узкополосных фильтров (4 ч.) | ||
6. Электрические измерения и основы электроники / Основы электроники | Знакомство с RC - и RL-фильтрами нижних и верхних частот. Знакомство с узкополосным LC-фильтром | Частоты среза фильтров. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики фильтров |
Исследование транзисторного апериодического усилич.) | ||
6. Электрические измерения и основы электроники / Основы электроники | Знакомство с устройством транзисторного апериодического усилителя, расчет режима по постоянному току каскада с общим эмиттером, вычисление параметров усилителя. | Расчетное значение коэффициента усиления апериодического усилителя. Амплитудная характеристика усилителя в линейном режиме, амплитудно-частотная характеристика. Неравномерность АЧХ. Полоса пропускания усилителя. Сравнение экспериментальных данных с расчетными. |
Исследование транзисторного резонансного усилителя и LC-генераторов гармонических колебаний (4 ч.) | ||
6. Электрические измерения и основы электроники / Основы электроники | Знакомство с устройством транзисторного резонансного усилителя и LC-генераторов гармонических колебаний | Расчет транзисторного резонансного усилителя в линейном режиме, определение резонансной частоты усилителя, добротности, полосы пропускания, коэффициента усиления на резонансной частоте, влияние глубины обратной связи на режим работы генератора |
Вопросы и задания для самостоятельной работы
1. Основные понятия и определения теории электрических цепей.
2. Элементы электрических цепей. Классификация электрических цепей.
3. Основные условные графические обозначения элементов и проводников.
4. Основные явления в электрической цепи и величины, их характеризующие.
5. Соединения элементов электрических цепей.
6. Первый и второй законы Кирхгофа.
7. Топологические уравнения электрической цепи.
8. Закон Ома. Обобщающий закон Ома.
9. Энергия и мощность в электрической цепи. Баланс мощности. Мощность потерь и КПД.
10. Режимы работы электрической цепи.
11. Определение, получение и изображение переменного тока.
12. Параметры переменного тока.
13. Краткая характеристика свойств линейных электрических цепей.
14. Значение нелинейных цепей в современной электро - и радиотехнике.
15. Особенности нелинейных цепей.
16. Методы расчета нелинейных электрических цепей.
17. Характеристика магнитного поля.
18. Закон полного тока.
19. Расчет магнитной цепи.
20. Электрон в магнитном поле.
21. Элементы магнитной цепи.
22. Методы расчета линейных цепей переменного тока.
23. Основные понятия о магнитных величинах и электромагнитных устройствах.
24. Катушки индуктивности с магнитопроводом.
25. Электромагнитные реле.
26. Электромагнитные устройства: виды конструкция принцип действия.
27. Назначение трансформаторов.
28. Устройство трансформатора.
29. Формула трансформаторной ЭДС.
30. Принцип действия однофазного трансформатора.
31. Коэффициент трансформации.
32. Трехфазные трансформаторы.
33. Автотрансформаторы и измерительные трансформаторы.
34. Схема замещения.
35. Основное уравнение трансформатора питания.
36. Устройство электрических машин постоянного тока.
37. Принцип работы машины постоянного тока.
38. Понятие об обмотке якоря.
39. Коллектор и его назначение.
40. Устройство асинхронного двигателя.
41. Принцип действия асинхронного двигателя.
42. Физические процессы, происходящие при раскручивании ротора.
43. Пуск асинхронного двигателя.
44. Синхронные машины: общие сведения, устройство и анализ работы.
45. Синхронный генератор.
46. Синхронный двигатель.
47. Этапы развития электроники.
48. Классификация электронных устройств.
49. Основные методы электрических измерений.
50. Погрешности измерительных приборов.
51. Классификация электроизмерительных приборов.
52. Компьютерное моделирование современных электронных устройств.
53. Источники электропитания электронных устройств.
54. Структурные схемы и назначение функциональных узлов источников вторичного электропитания.
55. Электрические сигналы: классификация, характеристики, математические модели.
56. Общие сведения, классификация и основные характеристики усилителя.
57. Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
58. Режимы работы усилительных элементов.
59. Усилители постоянного тока.
60. Интегральные операционные усилители (ОУ).
61. Компараторы: требования, параметры, схемы. Аналоговые электронные переключатели.
62. Структурная схема цифровой электронной вычислительной машины.
63 Микропроцессоры: конструкция, принцип работы, основное назначение
5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Рекомендуемая литература (основная)
1. , Немцов . М.: Высш. шк., 20с.
2. Электрические цепи переменного тока: учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов III и IV курсов физического факультета / авт.-сост. ; Перм. гос. пед. ун-т. – Пермь, 2010. – 54 с. (100 экземпляров в лаборатории электротехники и электроники, выдается студентам под роспись)
Рекомендуемая литература (дополнительная)
3. Барыбин -технологические основы электроники / , ; ред. – СПб.: Лань, 2001. – 272 с.
4. Алиев по электротехнике и электрооборудованию: учеб. пособие для студентов вузов / Алиев Исмаил Ибрагимович. – Изд. 5-е, испр. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. – 480 с.
5. Иванов . Основные положения, примеры и задачи / , , – С.-Петерб. гос. техн. ун-т. – 2-е изд., испр. – СПб.: Лань, 2002. – 192 с.
6. Электротехника: учебник / ред. – Изд. 4-е, стер. – М. : Высш. шк., 2001. – 336 с.
7. Рихерт рекомендации по теме «Линейные цепи переменного тока. Символический метод» / Пермский государственный педагогический институт, 1989. – 28 с. (в лаборатории электротехники и электроники)
Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины
При освоении дисциплины необходимы техническое оборудование для проведения демонстрационных экспериментов, учебных практических работ, мультимедийное оборудование для демонстрации видеофильмов и презентаций.
При изучении дисциплины можно использовать следующие электронные ресурсы в сети Интернет:
1. http://*****/index/0-154
2. http://ru. wikipedia. org
3. http://www. *****
Методические указания студентам
Изучение программы курса. На лекциях преподаватель рассматривает вопросы программы курса, составленной в соответствии с государственным образовательным стандартом. Из-за недостаточного количества аудиторных часов некоторые темы не удается осветить в полном объеме, поэтому преподаватель, по своему усмотрению, некоторые вопросы выносит на самостоятельную работу студентов, рекомендуя ту или иную литературу. Кроме этого, для лучшего освоения материала и систематизации знаний по дисциплине, необходимо постоянно разбирать материалы лекций по конспектам и учебным пособиям. В случае необходимости обращаться к преподавателю за консультацией. Полный список литературы по дисциплине приведен в пункте 7.1. «Учебно-методическое обеспечение дисциплины».
Практические занятия. При изучении курса «Электротехника и электроника» необходимо выполнять и вовремя сдавать преподавателю индивидуальные задания.
Методические рекомендации преподавателю
Согласно существующему государственному образовательному стандарту специальности и других нормативных документов целесообразно разработать матрицу наиболее предпочтительных методов обучения и форм самостоятельной работы студентов, адекватных видам лекционных и практических занятий.
Необходимо предусмотреть развитие форм самостоятельной работы, выводя студентов к завершению изучения учебной дисциплины на её высший уровень.
Пакет заданий для самостоятельной работы следует выдавать в начале семестра, определив предельные сроки их выполнения и сдачи.
Организуя самостоятельную работу, необходимо постоянно обучать студентов методам такой работы.
Вузовская лекция – главное звено дидактического цикла обучения. Её цель – формирование у студентов ориентировочной основы для последующего усвоения материала методом самостоятельной работы. Содержание лекции должно отвечать следующим дидактическим требованиям:
o изложение материала от простого к сложному, от известного к неизвестному;
o логичность, четкость и ясность в изложении материала;
o возможность проблемного изложения, дискуссии, диалога с целью активизации деятельности студентов;
o опора смысловой части лекции на подлинные факты, события, явления, статистические данные;
o тесная связь теоретических положений и выводов с практикой и будущей профессиональной деятельностью студентов.
Преподаватель, читающий лекционные курсы в вузе, должен знать существующие в педагогической науке и используемые на практике варианты лекций, их дидактические и воспитывающие возможности, а также их методическое место в структуре процесса обучения.
Практические занятия сопровождают и поддерживают лекционный курс.
При проведении промежуточной и итоговой аттестации студентов важно всегда помнить, что систематичность, объективность, аргументированность – главные принципы, на которых основаны контроль и оценка знаний студентов. Проверка, контроль и оценка знаний студента, требуют учета его индивидуального стиля в осуществлении учебной деятельности. Знание критериев оценки знаний обязательно для преподавателя и студента.
II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и итоговых аттестаций
Зачет ставится по результатам работы студентов на практических занятиях.
Примерные вопросы к экзамену
1. Предмет электротехники и электроники. История развития.
2. Эквивалентные преобразования электрических схем. Последовательное и параллельное соединение элементов электрических цепей. Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду и звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник.
3. Расчет электрических цепей с одним источником электрической энергии методом свертывания и методом пропорциональных величин.
4. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии. Метод непосредственного применения правил Кирхгофа.
5. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии. Метод контурных токов.
6. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии. Метод узловых потенциалов.
7. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии. Метод двух узлов.
8. Анализ сложных электрических цепей постоянного тока с несколькими источниками энергии. Метод эквивалентного генератора.
9. Синусоидальный переменный ток. Частота, период, фаза. Мгновенное и амплитудное значения тока и напряжения.
10. Среднее и действующее значения синусоидальных тока и напряжения.
11. Символический метод. Описание гармонических колебаний комплексными функциями времени. Комплексная амплитуда.
12. Представление гармонических колебаний радиус-векторами на комплексной плоскости. Векторные диаграммы.
13. Закон Ома для участка цепи с активным сопротивлением. Векторная диаграмма для тока и напряжения на активном сопротивлении.
14. Закон Ома для участка цепи с индуктивным сопротивлением. Векторная диаграмма для тока и напряжения на индуктивном сопротивлении.
15. Закон Ома для участка цепи с емкостным сопротивлением. Векторная диаграмма для тока и напряжения на емкостном сопротивлении.
16. Участок цепи с последовательным соединением индуктивного и активного сопротивлений. Полное комплексное сопротивление цепи. Ток в цепи. Разность фаз напряжения и тока. Векторная диаграмма.
17. Участок цепи с последовательным соединением емкостного и активного сопротивлений. Полное комплексное сопротивление цепи. Ток в цепи. Разность фаз напряжения и тока. Векторная диаграмма.
18. Последовательное соединение активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Полное комплексное сопротивление цепи. Разность фаз тока и напряжения. Резонанс напряжений. Векторная диаграмма.
19. Параллельное соединение активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Полная комплексная проводимость цепи. Ток в цепи. Разность фаз напряжения и тока. Резонанс токов. Векторная диаграмма.
20. Использование символического метода для расчета электрических цепей со смешанным соединением элементов.
21. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость пассивного двухполюсника. Треугольник сопротивлений и проводимостей.
22. Преобразование схем замещения пассивного двухполюсника.
23. Мощность участка цепи с активным сопротивлением. Мгновенная и средняя мощности.
24. Мощность участка цепи с индуктивным сопротивлением. Мгновенная и средняя мощности.
25. Мощность участка цепи с емкостным сопротивлением. Мгновенная и средняя мощности.
26. Активная мощность пассивного двухполюсника. Коэффициент мощности.
27. Комплексная и полная мощности пассивного двухполюсника. Принцип баланса мощностей.
28. Трехфазная система переменного тока. Соединение потребителей по схеме «звезда». Фазные и линейные токи и напряжения. Симметричная и несимметричная нагрузки. Роль нулевого провода. Векторные диаграммы.
29. Трехфазная система переменного тока. Соединение потребителей по схеме «треугольник». Фазные и линейные токи и напряжения. Векторные диаграммы.
30. Мощность в цепях трехфазного тока. Измерение мощности в цепях трехфазного тока: при включении нагрузки с нулевым проводом, при включении нагрузки без нулевого провода.
31. Трехфазные трансформаторы. Конструкция. Соединение обмоток. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы, назначение и схемы включения в измеряемые цепи.
32. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Режим холостого хода. Коэффициент трансформации. Векторная диаграмма.
33. Рабочий режим идеализированного трансформатора. Приведенный ток. Векторная диаграмма.
34. Реальный трансформатор. Потери энергии в сердечнике и проводах обмоток. Испытания трансформаторов: опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. Коэффициент полезного действия трансформатора.
35. Рабочий режим реального трансформатора. Потоки рассеяния. Векторная диаграмма.
36. Трехфазный асинхронный двигатель. Возбуждение вращающегося магнитного поля.
37. Трехфазный асинхронный двигатель. Устройство, принцип действия. Синхронная и асинхронная скорости. Скольжение. Э. д.с. индукции и частота тока в роторе.
38. Однофазные асинхронные двигатели. Типы двигателей. Схемы включения. Получение вращающегося магнитного поля.
39. Трехфазный синхронный генератор. Устройство и принцип действия. Э. д.с. генератора. Реакция якоря. Включение генераторов в электрическую сеть, параллельная работа генераторов.
40. Генератор постоянного тока. Устройство и принцип действия. Способы возбуждения. Основные характеристики генераторов.
41. Обратимость машин постоянного тока. Двигатель постоянного тока. Устройство и принцип действия. Способы возбуждения.
42. Электроизмерительные приборы. Погрешности измерений и классы точности. Обозначения на шкалах приборов. Схемы включения амперметра, вольтметра, ваттметра и счетчика электрической энергии.
43. Магнитоэлектрическая, электромагнитная и электродинамическая системы электроизмерительных приборов. Конструкции и принципы действия.
44. Электровакуумные приборы и устройства. Электронные лампы и индикаторы. Газоразрядные приборы.
45. Полупроводниковые приборы и устройства. Общие сведения о полупроводниках. Контактные явления в полупроводниках.
46. Полупроводниковые диоды и транзисторы, их основные характеристики. Тиристоры.
47. Выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы и инверторы.
48. Электрические фильтры и их характеристики, классификация. Коэффициент передачи, АЧХ и ФЧХ фильтров.
49. Электронные усилители, характеристики, классификация. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Резонансный усилитель.
50. Дифференциальный и операционный усилители. Обратная связь в усилительных устройствах.
51. Генераторы синусоидальных колебаний. Условия самовозбуждения генератора.
52. Логические элементы. Импульсные устройства с временно устойчивыми состояниями. Мультивибратор. Импульсные устройства с устойчивыми состояниями. Триггеры.
53. Логические автоматы (счетчик, регистр, шифратор, дешифратор, сумматор, мультиплексор и т. д.).
54. Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи.
55. Программируемые устройства. Микропроцессор.
