Приложение В (обязательное)
Алтайский государственный технический университет
им.
ПАМЯТКА
для студентов-вечерников ФИТМ 4-го курса
направления подготовки 151900 Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств
по изучению дисциплины «Электротехника и электроника»
(7 семестр)
Составил Утверждаю
д. т.н., профессор Зав. кафедрой ЭиАЭП
Халин Т. М.
« » 2013 г.
Изучение дисциплины включает в себя следующие виды занятий и работ: лекции (34 ч), лабораторные занятия (17 ч), практические занятия (17 ч), самостоятельная работа студентов (самостоятельное изучение отдельных вопросов тем дисциплины, подготовка к проведению и защите лабораторных работ, подготовка к проведению практических занятий, подготовка к тестированию, подготовка к экзамену, 76 ч). Форма промежуточной аттестации – экзамен. Изучаемый материал разбит на 12 тем, объединенных в три модуля.
В соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) по направлению подготовки бакалавров 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» в результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные законы электротехники, в том числе применительно к электрическим и магнитным цепям;
- принцип работы и устройство основных электрических машин и аппаратов, области и потенциальные возможности их применения;
- основы электропривода и управления им;
- основы полупроводниковой электроники, принцип работы и устройство основных электронных приборов и аппаратов, основы микропроцессорной техники;
- основы измерения электрических и магнитных величин;
уметь:
- выполнять расчёты простейших электрических цепей;
- читать и понимать электрические схемы;
- выявлять и сопоставлять электрические параметры и характеристики электротехнического и электронного оборудования;
- уметь производить измерения основных электрических и некоторых неэлектрических величин, связанных с машиностроительным производством, с использованием электрических средств измерений;
владеть:
- электротехнической терминологией и системой условных обозначений электрических и магнитных величин;
- практическими навыками по обращению с электротехническим и электронным оборудованием, по управлению и контролю за его эффективной и безопасной работой.
- основами элетробезопасности;
- основами учёта и сбережения электроэнергии.
1 Содержание дисциплины
1.1 Лекции
Модуль 1 Линейные электрические цепи постоянного и переменного тока
Введение
Общие сведения о дисциплине, цели и задачи ее освоения.
Электромагнитная энергия, ее разновидности; место электромагнитной энергии среди энергий других видов, ее достоинства, преимущества, особенности и недостатки; сферы использования электромагнитной энергии, классы и виды электрического и электронного оборудования.
Тема 1 Электрические цепи постоянного тока
Электротехнические величины и их единицы. Понятие электрической цепи, ее элементы и параметры. Линейные и нелинейные элементы и цепи. Схемы электрических цепей, схемы замещения.
Понятие постоянного тока, элементы цепей постоянного тока, разветвленные и неразветвленные, простые и сложные цепи; законы Ома, Кирхгофа и Джоуля-Ленца.
Источники энергии (питания), их параметры и внешние характеристики; источники напряжения и тока в электрических цепях.
Анализ и расчет цепей методом непосредственного применения законов Кирхгофа, частные методы: контурных токов, узловых потенциалов, двух узлов, эквивалентного генератора, преобразования цепей (эквивалентная цепь), наложения. Потенциальные диаграммы.
Тема 2 Однофазные электрические цепи переменного синусоидального тока
Понятие переменного (синусоидального) тока, его параметры; представление переменного тока в аналитической и графической формах; элементы цепей переменного тока: источники ЭДС (питания), резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, их параметры и характеристики; условные графические изображения элементов и схемы замещения. Векторное и комплексное представление синусоидального переменного тока и параметров его цепей.
Фазовые отношения в цепях; резонансы напряжений и токов, условия их возникновения и практическое значение.
Энергия и мощность в цепях переменного тока, полная, активная и реактивная мощности, треугольник мощностей, коэффициент мощности, его значение и способы повышения.
Тема 3 Трехфазные электрические цепи переменного тока
Трехфазная система ЭДС, простейший трехфазный генератор. Основные способы соединения (схемы) элементов в трехфазных цепях. Линейные и фазные токи и напряжения, векторные диаграммы. Симметричные и несимметричные трехфазные цепи. Расчет мощности (активной, реактивной, полной) в трехфазной цепи.
Тема 4 Электрические цепи несинусоидального переменного тока
Понятие периодического несинусоидального переменного тока, ряд Фурье; расчет токов и напряжений при несинусоидальных ЭДС; биение и модуляция.
Тема 5 Переходные процессы в линейных электрических цепях
Понятие переходного процесса; дифференциальные уравнения состояния электрической цепи во времени. Принужденные и свободные составляющие токов и напряжений; законы коммутации. Анализ переходных процессов в простейших электрических цепях (заряд и разряд конденсатора, включение и выключение катушки индуктивности) при постоянном и синусоидальном напряжении источника питания; постоянная времени цепи. Анализ электрических цепей в частотной области. Частотные характеристики устройств.
Модуль 2 Электромагнитные устройства и электрические машины
Тема 6 Нелинейные электрические и магнитные цепи
Характеристики нелинейных элементов, статические и дифференциальные параметры, неуправляемые и управляемые нелинейные элементы.
Законы электромагнетизма, магнитные величины и их единицы, ферромагнетизм, намагничивание и размагничивание ферромагнитных тел, магнитные материалы.
Магнитные цепи, элементы и параметры магнитной цепи, источник магнитного поля, магнитопровод, воздушный зазор; виды магнитных цепей (однородные и неоднородные, неразветвленные и разветвленные, симметричные и несимметричные); рассевание магнитных полей в магнитной цепи.
Магнитные цепи с постоянной и переменной магнитодвижущими силами, закон электромагнитной индукции, связь магнитных и электрических величин, ЭДС самоиндукции и взаимной индукции, магнитосвязанные цепи; потери энергии (мощности) в магнитопроводе (стали); схемы замещения магнитных цепей.
Графические методы расчета нелинейных электрических и магнитных цепей при использовании характеристик нелинейных элементов для мгновенных значений, при использовании ВАХ по действующим значениям несинусоидальных величин. Расчет магнитных цепей с постоянными магнитами.
Сферы и области применения магнитных цепей.
Тема 7 Электромагнитные устройства и трансформаторы
Преобразование электрической энергии в механическую и механической в электрическую.
Виды электромагнитных устройств постоянного и переменного токов, применяемых в технике.
Назначение и области применения трансформаторов. Однофазный трансформатор, устройство и принцип действия. Уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора. Идеальный, реальный и приведенный трансформаторы, векторная диаграмма и схема замещения. Режимы работы трансформатора, потери энергии и к. п.д.
Трехфазный трансформатор, устройство, принцип действия и область применения. Автотрансформатор. Сварочные трансформаторы, принцип действия, устройство, конструктивное исполнение.
Тема 8 Электрические машины
Понятие электрической машины, виды машин и области их применения.
Электрические машины постоянного тока, принцип действия и устройство, режимы работы генератора и двигателя, способы возбуждения магнитного поля, потери энергии и к. п.д.
Асинхронные трехфазные машины, устройство и принцип действия, режимы работы, скольжение. Уравнение электрического состояния обмоток статора и ротора, схемы замещения.
Однофазные асинхронные двигатели, устройство, свойства, механическая и рабочие характеристики, потери мощности и к. п.д., область применения.
Синхронные машины, области применения, устройство и принцип действия трехфазной синхронной машины, режимы работы генератора и двигателя. Магнитное поле синхронной машины. Уравнение электрического состояния обмоток статора, схемы замещения, векторные диаграммы. Характеристики синхронного генератора.
Синхронный двигатель, пуск, механическая характеристика, влияние силы тока возбуждения на коэффициент мощности.
Потери (постоянные и переменные) мощности и к. п.д. синхронной машины.
Специальные виды электрических машин: сельсины, тахогенераторы, реверсивные и шаговые двигатели.
Тема 9 Электропривод
Основные понятия, структурная схема, действующие моменты вращения, режимы работы, нагрузочные диаграммы; расчет мощности и выбор двигателя; аппараты и системы управления и защиты приводов.
Модуль 3 Электроника и электрические измерения
Тема 10 Физические основы полупроводниковой электроники; аналоговая электроника
Электроника вакуумная и полупроводниковая. Полупроводник, виды и характеристики полупроводников. Электронно-дырочный переход. Технологические и конструктивные основы полупроводниковой электроники.
Принципы действия, устройство, основные характеристики и области применения типичных полупроводниковых приборов: резисторов, диодов, транзисторов (биполярных и полевых), тиристоров, оптопар, интегральных схем.
Типичные узлы и устройства на базе полупроводниковых приборов: принципы действия, устройство, основные характеристики и назначение аналоговых узлов и устройств: выпрямителей, усилителей, генераторов переменного тока, сумматоров, дифференцирующих и интегрирующих звеньев.
Силовые электронные устройства (диоды, в том числе свето - и фотодиоды, транзисторы и тиристоры), особенности их устройства, работы и назначение.
Тема 11 Дискретная и цифровая электроника
Цифровое представление информации; двоичная система исчисления.
Принципы действия, устройство, основные характеристики и назначение дискретных и цифровых узлов и устройств: ключей, триггеров, мультивибраторов, регистров, счетчиков, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, сумматоров, запоминающих устройств, дешифраторов, коммутаторов, процессоров и контроллеров, интерфейсов; микропроцессорные средства.
Понятие высказывания и его истинности, логические связи, логические выражения и их преобразование. Простейшие логические элементы, их устройство и работа.
Построение сложных логических цепей, функциональные схемы.
Тема 12 Электроизмерительные приборы и электрические измерения
Классификация электроизмерительных приборов прямого преобразования и уравновешивания. Приборы прямого преобразования систем: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, индукционной; принципы действия, устройство, метрологические характеристики и области применения. Приборы уравновешивания: электрические мосты и компенсаторы; принципы действия, устройство, метрологические характеристики и области применения.
Измерение тока, напряжения, мощности и энергии в электрических цепях постоянного и переменного тока, однофазных и трехфазных. Измерение параметров электрических цепей и их элементов: сопротивления, индуктивности, емкости, в том числе сопротивления заземления и изоляции.
Понятие об электрических измерениях неэлектрических величин, первичные преобразователи (датчики).
1.2 Лабораторные занятия (работы)
Работа 1 Исследование сложной цепи постоянного тока, 3 часа
Изучение распределения токов и потенциалов в сложной (разветвленной) электрической цепи, влияния внутреннего сопротивления ЭДС на режим работы цепи; использование законов Кирхгофа для расчета сложной цепи, построение потенциальной диаграммы.
Работа 2 Исследование разветвленной цепи однофазного переменного тока, 3 часа
Изучение явлений, происходящих в цепи переменного тока при параллельном соединении нагрузок разных видов: активных, индуктивных и емкостных; расчет параметров цепи по измеренным значениям напряжений, токов, мощности, частоты; построение векторных диаграмм.
Работа 3 Исследование трехфазного асинхронного двигателя, 4 часа
Изучение устройства и принципа действия двигателя, экспериментальное определение принадлежности выводов трехфазной обмотки статора к соответствующим катушкам (фазам), включение и реверсирование двигателя.
Работа 4 Элементная база электроники, 3 часа
Изучение видов и типов основных полупроводниковых приборов, их наименований, условных обозначений в схемах, основных характеристик, назначения и способов применения.
Работа 5 Неуправляемые выпрямители, 3 часа
Изучение принципа действия и устройства выпрямителей разных видов; экспериментальное определение основных характеристик выпрямителей, построение временных диаграмм напряжений и токов.
Методические указания по выполнению лабораторных работ изложены в учебно-методических материалах, указанных в разделе 2 Памятки.
1.3 Практические занятия
Занятие 1 Электроизмерительные приборы [4, 6, 7]
Основные измеряемые электрические величины, ознакомление с простейшими электромеханическими измерительными приборами разных систем: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и ферродинамической, индукционной, принципы действия и назначение; освоение порядка работы с приборами: способы их включения в электрическую цепь, чтение условных обозначений технических данных приборов, снятие показаний и определение погрешности измерения.
Занятие 2 Расчет цепей постоянного тока методом эквивалентных преобразований [1, 5]
Расчет 3 – 4-х задач под руководством и контролем преподавателя, рассмотрение взаимного преобразования цепей вида «звезда» и «треугольник»; выдача студентам индивидуальных заданий для самостоятельного решения (по вариантам).
Занятие 3 Расчет сложных цепей постоянного тока методами, основанными на законах Кирхгофа [1, 5]
Расчет одной и той же цепи двумя-тремя методами, анализ и сопоставление результатов и выявление преимуществ и недостатков использованных методов; выдача студентам индивидуальных заданий для самостоятельного решения с использованием при расчете цепей разных методов: узловых потенциалов, двух узлов, эквивалентного генератора, суперпозиции (в зависимости от варианта задания).
Занятие 4 Расчет цепей переменного синусоидального тока [1, 5]
Расчет простейших цепей, содержащих активный, индуктивный и емкостный элементы, при последовательном, параллельном и смешанном их соединении (без использования комплексных чисел), построение векторных диаграмм; выдача студентам индивидуальных заданий для самостоятельного решения с использованием выражения величин в комплексной форме (по вариантам).
Занятие 5 Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях [1, 2, 5]
Расчет переходных процессов в простейших цепях постоянного и переменного тока, содержащих реактивные элементы (L, C), построение графиков.
Занятие 6 Выбор электродвигателя для привода [1, 5]
Выбор электродвигателя по его основным номинальным и предельным параметрам и характеристикам для заданного вида рабочей машины и ее нагрузочных характеристик, проведение необходимых расчетов, построение графиков и диаграмм.
Занятие 7 Расчет усилителей сигналов [3, 5]
Построение схем и расчет усилителей сигналов постоянного и переменного тока, выполненных на биполярных и полевых транзисторах.
Занятие 8 Построение схем дискретных и цифровых устройств [3, 5]
Освоение техники построения схем различных дискретных и цифровых устройств: ключей, триггеров, логических элементов, счетчиков, регистров, сумматоров и др.
Занятия проводятся под руководством преподавателя; необходимые методические и раздаточные материалы выдаются преподавателем на время занятий.
На каждом занятии преподаватель выдает студентам индивидуальные задания для самостоятельного решения (по вариантам).
Расчеты по индивидуальным заданиям выполняются в строгой последовательности с представлением промежуточных и окончательных результатов в общем и числовом видах; оформляются расчеты на листах формата А4 в рукописном или печатном виде.
Сдача студентами расчетов, выполненных в соответствии с индивидуальными заданиями, осуществляется на очередном практическом занятии.
1.4 Самостоятельная работа студентов
Работа 1 Самостоятельное изучение отдельных вопросов по темам дисциплины, объем 22 часов [1 – 6]
Разделы или вопросы тем, подлежащие самостоятельному изучению, задаются преподавателем на лекционных занятиях по мере изучения тем дисциплины.
Работа проводится систематически в течение всего семестра в соответствии с указаниями преподавателя с использованием учебно-методических материалов раздела 2 Памятки. По изучаемым вопросам студенты ведут индивидуальные конспекты, которые представляются преподавателю к очередному текущему контролю успеваемости.
Работа 2 Подготовка к проведению и защите лабораторных работ, объем 6 часов [1, 2, 6 – 11]
Работа проводиться систематически в соответствии с графиком учебной работы студентов с использованием учебно-методических материалов раздела 2 Памятки.
Работа 3 Подготовка к проведению практических занятий, объем 8 часов [1 – 5]
Работа включает в себя изучение (повторение) теоретических сведений по теме очередного практического задания и выполнение индивидуальных заданий по теме предыдущего занятия.
Работа проводится систематически в соответствии с графиком учебной работы студентов с использованием учебно-методических материалов раздела 2 Памятки.
Работа 4 Подготовка к тестированию, объем 4 часа [1 – 5]
Работа включает в себя оформление отчётов по проделанным лабораторным работам, изучение теоретического материала к очередной лабораторной работе и к очередному контрольному опросу
Работа 5 Подготовка к экзамену, объем 36 часов [1 – 5]
Работа включает в себя повторение ранее изученного материала по всем темам дисциплины с использованием Перечня теоретических вопросов по дисциплине, собственных конспектов лекций, рекомендованной литературы и рабочих записей на лабораторных и практических занятиях, посещение консультаций.
2 Литература и учебно-методические материалы
1 Электротехника и электроника. В 3-х кн. Кн.1. Электрические и магнитные цепи/ , , и др. – 208 с. – 25 экз. Кн. 2. Электромагнитные устройства и электрические машины/ , , и др. – 272 с. – 25 экз. Кн.3. Электрические измерения и основы электроники/ , , и др. – 432 с. Под ред. проф. . – 2-е издание, стереотипное. – М.: -Издательский Дом «Арис», 2010. – 25 экз.
2 Жаворонков и электроника: учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений / , . – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 400 с. – 34 экз.
3* Мещеряков : Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов: Алт. гос. техн. ун-т им. . – Барна6. – 135 с. – 199 экз.
4 Атамалян, и методы измерения электрических величин. – 3-е изд., перераб. – М.: Дрофа, 2005. – 415 с.
5 Рекус электротехники и электроники в задачах с решениями: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2005. – 343 с.
6* , , Суворова указания к лабораторным работам по электротехнике и электронике. Изд. 2-е. / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна8. – 75 с. – 50 экз.
7* , , . Учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (измерительные приборы, электрические цепи постоянного тока). / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна0. – 60 с. – 50 экз.
8* , , . Учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (электрические цепи переменного тока). / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна0. – 77 с. – 50 экз.
9* , , . Учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (электрические машины и аппараты). / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна0. – 74 с. – 50 экз.
10* , , . Учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (элементная база современной электроники). / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна0. – 23 с. – 50 экз.
11* , , . Учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (вторичные источники питания - выпрямители). / Алт. гос. техн. ун-т. им. . – Барна0. – 23 с. – 50 экз.
*Электронные варианты отмеченных учебных материалов выставлены на сайте АлтГТУ: http://www. altstu. ru.
Более полный список – у преподавателя.
3 Формы и содержание текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по дисциплине
Текущий контроль успеваемости студентов осуществляется в виде комплекса контрольных испытаний, наименование, сроки проведения и вес оценок в итоговом рейтинге которых указаны в таблице 1.
Таблица 1
Модуль | Контрольное испытание | Срок проведения | Вес в итоговом рейтинге | Дополнительные требования и пояснения |
1 | Защита лаб. раб. №1, № 2 | 6 неделя | по 0,07 | При наличии отчета |
Тестирование № 1 | 6 неделя | 0,05 | Компьютерное или бланочное | |
2 | Защита лаб. раб. № 3 | 10 неделя | 0,07 | При наличии отчета |
Тестирование № 2 | 12 неделя | 0,05 | Компьютерное или бланочное | |
3 | Защита лаб. раб. № 4, № 5 | 16 неделя | по 0,07 | При наличии отчета |
Тестирование № 3 | 16 неделя | 0,05 | Компьютерное или бланочное | |
Экзамен | сессия | 0,5 | Письменный с защитой. Вес оценок ответов на 1-й и 2-й вопросы – по 0,35; на 3-й – 0,2; на 4-й – 0,1. |
Тестирования проводятся в компьютерном или бланочном (по выбору преподавателя) виде по тестам фонда оценочных средств текущего контроля успеваемости в объеме учебного материала, соответствующего модулям 1, 2 или 3 в семестре.
Защита лабораторных работ проводится каждым студентом при наличии индивидуального отчета, выполненного в соответствии с требованиями СТП 12 700 – 2007 и СТП 12 570 – 2006.
Экзамен проводиться по экзаменационным билетам фонда оценочных средств промежуточной аттестации в письменной форме с последующей беседой с преподавателем. Перечень теоретических вопросов, включенных в экзаменационные билеты, доводится до сведения студентов не позже, чем в первые две недели семестра.
Оценка учебной работы студентов производиться по 100-балльной шкале рейтинговых оценок согласно Положению о модульно-рейтинговой системе квалиметрии учебной деятельности студентов СМК ОПД. 01-19 – 2008.
Текущие, семестровый и итоговый рейтинги вычисляются по рейтинговым оценкам каждого испытания нарастающим итогом с учётом их весов, указанных в таблице 1; сумма весов всех контрольных испытаний равна 1,0.
В конце семестра (перед началом сессии) вычисляется семестровый рейтинг Rсем студента по всем контрольным испытаниям, кроме экзамена, по формуле Rсем = 0,9 R + Rп, где R – текущий рейтинг на конец семестра, вычисленный по результатам всех контрольных испытаний; Rп – дополнительные баллы за посещаемость занятий, начисляемые в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2
Посещаемость П, % | Дополнительные баллы Rп |
П ≤50 | 0 |
50 < П ≤ 60 | 2 |
60 < П ≤ 70 | 4 |
70 < П ≤ 80 | 6 |
80 < П ≤ 90 | 8 |
90 < П ≤ 100 | 10 |
В случае, если Rсем ≥ 75 баллов и хорошей посещаемости занятий (75 % и более) студенту по его письменному заявлению на имя ведущего преподавателя может быть установлен итоговый рейтинг без сдачи экзамена («автомат»), равный семестровому рейтингу.
Итоговый рейтинг с учётом оценки, полученной на экзамене, Rэкз рассчитывается по формуле
Rитог = (1 – pэкз)Rсем + pэкз Rэкз, где pэкз – вес экзамена.
При оценке, полученной на экзамене и составляющей менее 25 баллов, итоговый рейтинг принимается равным этой оценке без учёта семестрового рейтинга.
