Примерная программа дисциплины

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия, ее свойства и применение.

Основные этапы развития отечественной электроэнергетики, электротехники и электроники. Перспективы развития электроэнергетики, электротехники и электроники РФ.

Основное содержание учебной дисциплины "Электротехника и электроника", ее значение в подготовке к освоению новой техники, робототехники, прогрессивных технологий, станков с ЧПУ и автоматических линий; ее связь с другими дисциплинами.

Раздел 1 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Тема 1. 1 Электрическое поле

Студент должен:

знать:

основные свойства и характеристики электрического поля;

закон Кулона и условия его применения;

связь между напряженностью и разностью потенциалов электрического поля;

влияние электрического поля на проводники и диэлектрики;

конденсаторы и их соединения;

уметь:

рассчитывать электрические напряженность и разность потенциалов в поле единичного заряда и в однородном поле, решать задачи на применение закона Кулона;

объяснять физический смысл сущности поляризации диэлектриков, действие электрического поля на проводники и диэлектрики;

определять пробивное напряжение и запас электрической прочности различных диэлектриков;

различать электроизоляционные материалы по внешнему виду и характеристикам.

Основные свойства и характеристики электрического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля заряженного конденсатора.

Тема 1.2 Электрические цепи постоянного тока

Студент должен:

знать:

классификацию электрических цепей и их основных элементов;

параметры активных и пассивных элементов электрической цепи, их вольт-амперные характеристики;

зависимость электрического сопротивления от температуры;

зависимость электрического сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника;

режимы работы электрической цепи;

законы Ома и Кирхгофа;

метод преобразования (свертывания) схем, преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную трех лучевую звезду и звезды - в эквивалентный треугольник;

методы расчета электрических цепей постоянного тока: контурных токов, узловых потенциалов, двух узлов (узлового напряжения);

графический метод расчета нелинейной электрической цепи постоянного тока;

уметь:

различать и классифицировать проводниковые материалы по удельному сопротивлению, классифицировать проводниковые изделия;

раскрывать понятия: ЭДС, разность потенциалов, напряжение, сопротивление, проводимость;

производить анализ электрической цепи, рассчитывать полное сопротивление цепи, определять напряжение, ток, мощность и энергию на каждом участке цепи, составлять баланс мощностей;

применять законы Ома для участка цепи и для полной цепи;

составлять простейшие электрические цепи на основе законов Кирхгофа для узла и контура;

производить расчет электрической цепи методами: контурных токов, узловых потенциалов, двух узлов (узлового напряжения);

составлять простейшие электрические цепи;

производить измерения в цепях постоянного тока;

производить графический расчет нелинейных цепей постоянного тока при различных соединениях пассивных линейных и нелинейных элементов;

определять по заданным ВАХ нелинейных элементов токи и напряжения в электрической цепи.

Элементы электрической цепи, их параметры и характеристики. Пассивные и активные элементы электрической цепи.

Элементы схемы электрической цепи: ветвь, узел, контур. Схемы замещения электрических цепей. Электродвижущая сила (ЭДС).

Электрическое сопротивление. Зависимость электрического сопротивления от температуры. Электрическая проводимость. Резистор. Соединение резисторов.

Режимы работы электрической цепи: холостой ход, номинальный, рабочий, короткого замыкания.

Энергия и мощность электрической цепи. Баланс мощностей. КПД.

Основы расчета электрической цепи постоянного тока. Законы Ома и Кирхгофа. Расчет электрических цепей произвольной конфигурации методами: контурных токов, узловых потенциалов, двух узлов (узлового напряжения).

Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Нелинейные пассивные элементы и их вольт-амперные характеристики (ВАХ). Графический метод расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока.

Тема 1.3 Электромагнетизм

Студент должен:

знать:

основные свойства и характеристики магнитного поля;

закон Ампера и условия его применения;

физический смысл понятия индуктивности;

закон Ленца и его физический смысл;

область применения ферромагнитных материалов;

метод расчета однородной неразветвленной магнитной цепи с использованием характеристик намагничивания ферромагнитных материалов и электротехнических сталей;

процесс наведения ЭДС в проводнике, движущимся в магнитном поле;

уметь:

определять основные свойства и характеристики магнитного поля;

определять электромагнитную силу, действующую на проводник с током в магнитном поле и силы взаимодействия между параллельными проводниками с токами;

определять ЭДС электромагнитной индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле;

применять правила для определения индукционных ЭДС и токов;

раскрывать физический смысл понятий индуктивности собственной и индуктивности взаимной;

производить расчет однородной неразветвленной магнитной цепи постоянного тока;

пользоваться характеристиками намагничивания ферромагнитных материалов и электротехнических сталей.

Основные свойства и характеристики магнитного поля. Закон Ампера. Индуктивность: собственная и взаимная.

Магнитная проницаемость: абсолютная и относительная. Магнитные свойства вещества. Намагничивание ферромагнетика. Гистерезис.

Электромагнитная индукция. ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции. ЭДС в проводнике, движущимся в магнитном поле.

Магнитные цепи: разветвленные и неразветвленные. Расчет неразветвленной магнитной цепи. Электромагнитные силы. Энергия магнитного поля. Электромагниты и их применение.

Тема 1.4 Электрические цепи переменного тока

Студент должен:

знать:

параметры цепей синусоидального тока и их сущность: активное сопротивление, реактивное емкостное, индуктивное и полное сопротивления;

разность фаз;

активную, реактивную и полную мощности;

коэффициент мощности;

законы Ома и Кирхгофа для цепи синусоидально тока;

связь мгновенного, амплитудного, среднего и действующего значений ЭДС, напряжения, тока;

фазовые соотношения между напряжением и током на отдельных участках цепи; порядок построения векторных диаграмм токов, напряжений, сопротивлений, мощностей;

физическую сущность процессов, протекающих в электрической RLC- цепи переменного тока;

физическую сущность явлений: резонанс напряжений, резонанс токов;

условия возникновения резонанса напряжений и резонанса токов;

уметь:

строить временные диаграммы, рассчитывать параметры синусоидальных сигналов по временным диаграммам;

применять законы Ома и Кирхгофа для расчета цепей синусоидального тока;

определять характер электрической цепи, производить расчет цепи синусоидального тока, составлять баланс мощностей;

определять по параметрам электрической цепи RLC- цепи ее резонансную частоту, добротность, разность фаз напряжений, мощностей;

по векторным диаграммам определять параметры электрической цепи синусоидального тока;

производить измерения в однофазных цепях синусоидального тока.

Понятие о генераторах переменного тока. Получение синусоидальной ЭДС. Общая характеристика цепей переменного тока. Амплитуда, период, частота, фаза, начальная фаза синусоидального тока. Мгновенное, амплитудное, действующее и среднее значения ЭДС, напряжения, тока.

Изображение синусоидальных величин с помощью временных и векторных диаграмм.

Электрическая цепь: с активным сопротивлением; с катушкой индуктивности (идеальной); с емкостью. Векторная диаграмма. Разность фаз напряжения и тока.

Неразветвленные электрические RC и RL -цепи переменного тока. Треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей. Коэффициент мощности. Баланс мощностей. Неразветвленная электрическая RLC- цепь переменного тока, резонанс напряжений и условия его возникновения. Расчет электрической цепи, содержащей источник синусоидальной ЭДС.

Тема 1.5 Электрические измерения

Студент должен:

знать:

роль и значение электротехнических измерений в науке и технике;

принцип действия и назначение электроизмерительных приборов магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического, индукционного измерительных механизмов;

правила пользования цифровыми электроизмерительными приборами;

погрешности измерения;

уметь:

различать тип и характеристики измерительных приборов по условным обозначениям;

пользоваться электроизмерительными приборами магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического, индукционно измерительных механизмов;

пользоваться цифровыми приборами, выбирать предел измерения;

определять погрешности электроизмерительных приборов по данным измерений;

выбирать прибор для измерения с наименьшей погрешностью различных электрических величин;

составлять схемы включения приборов при измерении различных электрических величин.

Основные понятия измерения. Погрешности измерений.

Классификация электроизмерительных приборов.

Измерение тока и напряжения. Магнитоэлектрический измерительный механизм, электромагнитный измерительный механизм. Приборы и схемы для измерения электрического напряжения. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров.

Измерение мощности. Электродинамический измерительный механизм. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного токов.

Индукционный измерительный механизм. Измерение электрической энергии.

Измерение электрического сопротивления, измерительные механизмы. Косвенные методы измерения сопротивления, методы и приборы сравнения для измерения сопротивления.

Тема 1.6 Трехфазные электрические цепи

Студент должен:

знать:

схемы соединений звездой и треугольником трехфазных генераторов и трехфазных приемников электрической энергии;

принцип работы трехфазной электрической цепи, порядок соединения обмоток трехфазных генераторов звездой и треугольником;

соотношение между фазным и линейным напряжениями, соотношение между фазным и линейным токами при различных соединениях нагрузки;

принцип построения векторной диаграммы для трехфазной цепи;

распределение мощности в нагрузке;

назначение нейтрального (нулевого) провода;

уметь:

определять вид трехфазной электрической цепи при подключении нагрузки звездой и треугольником;

различать симметричную и несимметричную нагрузки;

производить расчет трехфазной электрической цепи при симметричной нагрузке;

определять фазные и линейные напряжения, фазные и линейные токи при различных соединениях нагрузки, мощность одной фазы и трехфазной цепи в целом;

определять коэффициент мощности;

строить векторные диаграммы напряжений и токов для симметричной нагрузки;

производить измерения в трехфазных электрических цепях.

Соединение обмоток трехфазных источников электрической энергии звездой и треугольником. Трехпроводные и четырехпроводные трехфазные электрические цепи. Фазные и линейные напряжения, фазные и линейные токи, соотношения между ними. Симметричные и несимметричные трехфазные электрические цепи. Нейтральный (нулевой) провод и его назначение. Векторная диаграмма напряжений и токов. Передача энергии по трехфазной линии. Мощность трехфазной электрической цепи при различных соединениях нагрузки. Расчет симметричной трехфазной электрической цепи при соединениях нагрузки звездой и треугольником.

Тема 1.7 Трансформаторы

Студент должен:

знать:

устройство и принцип действия однофазного трансформатора;

режимы работы однофазного трансформатора;

номинальные параметры однофазного и трехфазного трансформаторов;

типы трансформаторов и их применение;

уметь:

объяснить устройство и принцип действия трансформаторов;

определять тип трансформатора;

определять параметры трансформаторов по паспортным данным;

различать режимы работы трансформатора;

определять потери мощности и КПД трансформатора по результатам измерений;

определять коэффициент трансформации трансформатора по данным измерений токов и напряжений;

определять согласное и встречное включение обмоток трансформатора;

регулировать выходное напряжение с помощью автотрансформатора.

Назначение, принцип действия и устройство однофазного трансформатора.

Режимы работы трансформатора. Номинальные параметры трансформатора: мощность, напряжение и токи обмоток. Потери энергии и КПД трансформатора.

Типы трансформаторов и их применение: трехфазные, многообмоточные, измерительные, автотрансформаторы.

Тема 1.8 Электрические машины переменного тока

Студент должен:

знать:

устройство и принцип действия электрических машин переменного тока;

принцип обратимости электрический машин переменного тока;

основные характеристики асинхронных двигателей и синхронных генераторов;

причину, по которой частота вращения ротора асинхронного двигателя меньше синхронной;

способы пуска в ход электрических машин и способы регулирования частоты вращения ротора;

уметь:

определять тип и параметры машин переменного тока по их маркировке;

определять частоту вращения ротора по значению скольжения и частоте тока в сети;

выбирать способы пуска двигателя в зависимости от их мощности;

определять потребляемую мощность двигателя по паспортным значениям КПД и номинальной мощности;

подключать двигатель к сети и осуществлять его пуск и реверс;

включать обмотки статора электрической машины звездой и треугольником на требуемое напряжение.

Назначение машин переменного тока и их классификация. Получение вращающегося магнитного поля в трехфазных электродвигателях и генераторах. Устройство электрической машины переменного тока: статор и его обмотка, ротор и его обмотка. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора. Вращающий момент асинхронного двигателя.

Скольжение. Пуск в ход асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Рабочий процесс асинхронного двигателя и его механическая характеристика. Регулирование частоты вращения ротора.

Однофазный и двухфазный асинхронный электродвигатели. Потери энергии и КПД асинхронного двигателя.

Синхронные машины и область применения.

Тема 1.9 Электрические машины постоянного тока

Студент должен:

знать:

устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока;

принцип обратимости электрических машин постоянного тока;

основные характеристики двигателей и генераторов постоянного тока;

способы пуска в ход электрических машин и способы регулирования частоты вращения якоря;

уметь:

определять типы и параметры машин постоянного тока по их маркировке;

строить рабочие характеристики генераторов и двигателей постоянного тока по данным измерений;

выбирать способы пуска двигателей в зависимости от их мощности и схемы возбуждения;

подключать двигатель к сети, осуществлять его пуск и регулирование частоты вращения.

Назначение машин постоянного тока и их классификация. Устройство и принцип действия машин постоянного тока: магнитная цепь, коллектор, обмотка якоря. Рабочий процесс машины постоянного тока: ЭДС обмотки якоря, реакции якоря, коммутация.

Генераторы постоянного тока, двигатели постоянного тока, общие сведения. Электрические машины с независимым возбуждением.

Пуск в ход, регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока. Потери энергии и КПД машин постоянного тока.

Тема 1.10 Основы электропривода

Студент должен:

знать:

функциональную блок-схему электропривода;

методику расчета мощности электродвигателя при различных режимах работы;

уметь:

объяснить по функциональной схеме устройство электропривода;

выбирать тип электродвигателя по механической характеристике рабочей машины;

выбирать электродвигатель в зависимости от режима работы;

строить для выбранного двигателя реальную нагрузочную диаграмму;

производить расчет мощности двигателя при различных режимах работы;

анализировать работу схем управления электродвигателем.

Понятие об электроприводе. Уравнение движения электропривода. Механические характеристики нагрузочных устройств. Расчет мощности и выбор двигателя при продолжительном кратковременном и повторно-кратковременном режимах. Аппаратура для управления электроприводом.

Тема 1.11 Передача и распределение электрической энергии

Студент должен:

знать:

преимущества объединения энергосистем;

потери напряжения и энергии в проводах ЛЭП;

метод выбора сечения проводов по таблицам допустимых нагрузок;

назначение защитного заземления и защитного зануления в электроустановках;

уметь:

определять конструкцию и область применения проводов и кабелей по их маркам;

выбирать сечения проводов и кабелей по допускаемой токовой нагрузке и потере напряжения;

отличать защитное заземление от защитного зануления.

Электроснабжение промышленных предприятий от электрической системы. Назначение и устройство трансформаторных подстанций и распределительных пунктов.

Электрические сети промышленных предприятий: воздушные линии; кабельные линии; внутренние электрические сети и распределительные пункты; электропроводки.

Электроснабжение цехов и осветительных электросетей. Графики электрических нагрузок.

Выбор сечений проводов и кабелей: по допустимому нагреву; с учетом защитных аппаратов; по допустимой потере напряжения.

Эксплуатация электрических установок. Защитное заземление. Защитное зануление.

Раздел 2 ЭЛЕКТРОНИКА

Тема 2.1 Физические основы электроники. Электронные приборы

Студент должен:

знать:

физические процессы, происходящие в "p-n" переходе при его прямом и обратном включениях;

принцип работы полупроводниковых диодов, стабилитронов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров;

основные параметры и назначение полупроводниковых приборов;

принцип работы и область применения фотоэлектронных приборов;

уметь:

объяснить устройство и принцип работы полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров;

определять параметры полупроводниковых приборов по их характеристикам;

определять типы полупроводниковых приборов по их маркировке;

пользоваться справочной литературой по полупроводниковым приборам;

проводить измерения токов и напряжений при снятии входных и выходных характеристик биполярных транзисторов;

различать по внешнему виду приборы с внешним и внутренним фотоэффектом;

определять тип фотоэлектронной прибора по его маркировке.

Электропроводимость полупроводников. Собственная и примесная проводимость. Электронно-дырочный переход и его свойства. Прямое и обратное включение "p-n" перехода.

Полупроводниковые диоды: классификация, свойства, маркировка, область применения.

Полупроводниковые транзисторы: классификация, принцип действия, назначение, область применения, маркировка.

Биполярные транзисторы. Физические процессы и биполярном транзисторе. Схемы включения биполярных транзисторов. Схемы включения биполярных транзисторов: общая база, общий эмиттер, общий коллектор. Вольтамперные характеристики, параметры схем. Статические параметры, динамический режим работы, температурные и частотные свойства биполярных транзисторов.

Полевые транзисторы: принцип работы, характеристики, схемы включения.

Тиристоры: классификация, характеристика, область применения, маркировка.

Фотоэлектронные приборы: вакуумные, газонаполненные, полупроводниковые.

Тема 2. 2 Электронные выпрямители и стабилизаторы

Студент должен:

знать:

основные параметры электронных выпрямителей;

принцип работы схем однополупериодного, двухполупериодного и трехфазного выпрямителей;

основные требования, предъявляемые к сглаживающим фильтрам;

основные параметры электронных стабилизаторов напряжения и тока;

принцип работы стабилизаторов постоянного напряжения и тока;

уметь:

составлять схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей;

изображать графики мгновенных значений выпрямленных напряжений и токов для различных типов выпрямителей;

графически пояснить работу схем выпрямления;

объяснить работу различных сглаживающих фильтров, электронных стабилизаторов напряжения и тока.

Основные сведения, структурная схема электронного выпрямителя. Однофазные и трехфазные выпрямители. Сглаживающие фильтры.

Основные сведения, структурная схема электронного стабилизатора. Стабилизаторы напряжения. Стабилизаторы тока.

Тема 2. 3 Электронные усилители

Студент должен:

знать:

основные технические характеристики электронных усилителей;

принцип работы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе;

принцип работы импульсивного, избирательного, операционного усилителей и усилителей постоянного тока;

назначение обратной связи в усилителях;

методы температурной стабилизации режима работы усилителя;

уметь:

снимать и строить амплитудно-частотную характеристику электронного усилителя;

по АЧХ определять коэффициент усиления усилителя и его полосу пропускания, граничные частоты рабочего диапазона;

выражать коэффициенты усиления усилителя по току, по напряжению, по мощности в логарифмических единицах - децибелах (дБ).

Схемы усилителей электрических сигналов.

Основные технические характеристики электронных усилителей.

Принцип работы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Обратная связь в усилителях.

Многокаскадные усилители, температурная стабилизация режима работы.

Усилители постоянного тока.

Импульсные и избирательные усилители. Операционные усилители.

Тема 2.4 Электронные генераторы и измерительные приборы

Студент должен:

знать:

принцип работы различных типов электронных генераторов и их применение;

сущность переходных процессов в RC - цепях;

принцип работы электронного вольтметра и осциллографа;

уметь:

объяснять принцип генераторов LC- типа и RC-типа;

объяснять принцип работы импульсных генераторов: мультивибратора, триггера, генератора линейно изменяющегося напряжения;

пользоваться осциллографом для наблюдения формы напряжений и токов;

по осциллограммам напряжений и токов определять параметры электрических сигналов;

по параметрам схемы электронного генератора определять его рабочую частоту и период колебаний;

пользоваться электронным вольтметром.

Колебательный контур. Структурная схема электронного генератора. Генераторы синусоидальных колебаний: генераторы LC-типа, генераторы RC- типа.

Переходные процессы в RC- цепях.

Импульсные генераторы: мультивибратор, триггер.

Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН - генератор).

Электронные стрелочные и цифровые вольтметры.

Электронный осциллограф.

Тема 2.5 Электронные устройства автоматики и вычислительной техники

Студент должен:

знать:

назначение автоматического контроля, управления и регулирования;

назначение и типы измерительных преобразователей и исполнительных электродвигателей;

устройство, принцип работы и назначение электромагнитного и ферромагнитного реле;

уметь:

различать измерительные преобразования по принципу действия и назначению;

различать типы исполнительных элементов, электромеханических промежуточных элементов и ферромагнитных промежуточных элементов систем автоматики по принципу действия и назначению;

определять параметры срабатывания и возврата электромагнитного реле.

Структура системы автоматического контроля, управления и регулирования.

Измерительные преобразователи. Измерение неэлектрических величин электрическими методами. Параметрические преобразователи: резистивные, индуктивные, емкостные. Генераторные преобразователи.

Исполнительные элементы: электромагниты; электродвигатели постоянного и переменного токов, шаговые электродвигатели.

Электромагнитное реле.

Ферромагнитные бесконтактные реле и их использование в вычислительной технике.

Тема 2.6 Микропроцессоры и микро- ЭВМ

Студент должен:

знать:

место микропроцессоров и микро-ЭВМ в структуре средств вычислительной техники;

объективную необходимость применения микропроцессоров и микро-ЭВМ для комплексной автоматизации управления производством, в информационно-измерительных системах, технологическом оборудовании;

принцип работы микропроцессоров и микро-ЭВМ, полупроводниковых запоминающих устройств, логических элементов;

основные логические операции И, ИЛИ, НЕ и их комбинации;

способы изображения логических чисел;

двоичную и десятичную систему счисления;

уметь:

описывать архитектуру и функции микропроцессоров и микро-ЭВМ, основные качественные показатели промышленных полупроводниковых запоминающих устройств и их классификацию;

объяснять место и роль интерфейса в микропроцессорах и микро-ЭВМ;

раскрывать варианты структур микро-ЭВМ и их организацию на основе микропроцессоров;

описывать элементы, входящие в периферийное устройство микро-ЭВМ, специализированные периферийные устройства;

раскрывать примеры серийно выпускаемых микропроцессорных систем и их основные характеристики;

пользоваться элементами формальной логики;

составлять таблицы истинности;

переводить числа из десятичной системы счисления в двоичную систему и обратно;

пользоваться справочной литературой по интегральным микросхемам.

Понятие о микропроцессорах и микро-ЭВМ. Устройство и работа микро-ЭВМ. Структурная схема, взаимодействие блоков.

Арифметическое и логическое обеспечение микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Архитектура микропроцессора. Микропроцессоры с жесткой и гибкой логикой. Интерфейс микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Интегральные схемы микроэлектроники. Основные параметры больших интегральных схем микропроцессорных комплектов.

Периферийные устройства микро - ЭВМ.

Дата добавления: 2015-05-06