1

1
2
1 Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1 Цель преподавания дисциплины Курс «Электротехника»
занимает
важное место среди общетехнических дисциплин, определяющих
теоретический уровень профессиональной подготовки специалистов в
современной системе обучения.
Главной целью преподавания дисциплины «Электротехника»
является овладение студентами знаний об электрических и магнитных
явлениях и их использовании для практических целей.
Данная дисциплина является базовой для понимания процессов
автоматизации различного производственного оборудования, в которых
широко используются электротехнические и электронные устройства.
Курс «Электротехника» обеспечивает комплексную подготовку
будущих специалистов: высокий профессиональный уровень, развитие
творческих способностей, умение формулировать и решать на высоком
научном уровне проблемы изучаемой специальности, умение творчески
применять и самостоятельно повышать свои знания.
1.2 Задачи изучения дисциплины. Задачи изучения дисциплины вытекают
из требования к знаниям и умениям будущих специалистов в соответствии с
государственным стандартом высшего базового образования (бакалавриат).
В результате изучения дисциплины «Электротехника» студенты должны
знать:
- основные понятия и определения, фундаментальные законы, используемые
в электротехнике, свойства и характеристики электрических и магнитных
цепей;
-методы расчета трехфазных цепей;
- устройство, принцип работы, характеристики и методы исследования
трансформаторов;
-устройство, принцип работы и характеристики электрических машин в
качестве генератора и двигателя;
уметь:
- уметь рассчитывать электрические цепи аналитическим и численным
методами, выбирать наилучший оптимальный метод расчета, определять
основные характеристики электрической цепи и давать физическое
обоснование полученным результатам;
- включать электротехнические приборы, аппараты и машины, управлять ими
и контролировать их эффективную и безопасную работу;
-применять знания, полученные по данной дисциплине на практике для
успешного решения задач будущей специальности;
-применять современные программные средства и компьютерные
технологии.
Изучению дисциплины «Электротехника» предшествуют курсы таких и
фундаментальных наук, как физика и математика. Из курса математики
студенты должны усвоить следующие разделы: решение систем линейных
алгебраических уравнений, теория
комплексных чисел, основы
дифференциального интегрального исчисления, векторная алгебра. Из курса
3
физики – электростатическое поле,
постоянный электрический ток,
магнитное поле, электромагнитная индукция, магнитные свойства вещества.
1.3 Пререквизиты: физика, математика.
1.4 Постреквизиты: Электрические и магнитные устройства, охрана труда и
техника безопасности на предприятиях, стандартизация, сертификация и
измерительная техника, основы технологии машиностроения.
2 Система оценки знаний студентов
По кредитной технологии обучения для всех курсов и по всем дисциплинам
Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева
применяется рейтинговый контроль знаний студентов. Сведения об оценке
знаний осуществляются по балльно-рейтинговой системе в виде шкалы, где
указываются все виды контроля
Распределение рейтинговых % по видам контроля
Таблица 1
№
1.
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
Итоговыйконтроль
Рубежныйконтроль
Текущий контроль
%
100
100
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным
графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2)
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
«Электротехника»
Таблица 2
Недели
1
2
3
4
ТК Л1 Л2 Л3
Виды
контроля
Нед.кол.контр. 1
1
1
1
5
6
ТК СР
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ТК
РК
ТК
Л4
ТК Л5
Л6
СР
№2
РК
1
1
1
1
1
1
1
1
1
№1
1
1
Виды контроля:, Л – лабораторная работа, СР- семестровая работа, РКрубежный контроль, ТК- текущий контроль.
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного
рейтингового % >50. Итоговый контроль считается сданным в случае набора
>50%. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Оценка знаний студентов
Таблица 3
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
АВ+
В
ВС+
4
В процентах, %
В баллах
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
4
3.67
3,33
3
2,67
2,33
Неудовлетворительно
С
СD+
D
F
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
2
1,67
1,33
1
0
3. Содержание дисциплины
3.1 Распределений часов по видам занятий
Таблица 4.
№
Наименование темы
Количество
академических часов
Лекции
1
2
3
4
5
6
7
8
Линейные электрические цепи постоянного
токаЭлектротехнические устройства постоянного
тока. Электрическая цепь и ее элементы.
Топологические понятия теории электрических
цепей. Применение законов Ома и Кирхгофа для
описания электрического состояния цепей
постоянного тока.
Эквивалентные преобразования электрических
цепей. Потенциальная диаграмма. Баланс
мощностей. Режимы работы источников питания.
Анализ электрических цепей постоянного тока с
одним источником питания. Методы расчета
сложных электрических цепей.
Однофазные цепи синусоидального тока.
Получение синусоидального тока.Основные
характеристики синусоидального тока. Идеальные
элементы цепи переменного тока. Закон Ома для
цепи переменного тока.
Мощности в цепи переменного синусоидального
тока Резонанс напряжений, условие его
возникновения
и
практическое
значение.
Представление синусоидальных величин в
комплексной форме. Законы Ома и Кирхгофа в
комплексной форме. Комплекс полной мощности
Параллельное соединение элементов в цепи
синусоидального тока. Проводимости.Закон Ома
через проводимости. Резонанс токов.
Получение трехфазной системы ЭДС. Основные
понятия и определения трехфазных цепей.
Расчет трехфазных потребителей, собранных по
схеме «звезда» и «треугольник». Мощности в
трехфазной цепи.
5
Лаб.
занятия
СР
СП
СРС
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
Трансформатор. Устройство, принцип действия,
назначение. Схема замещения трансформатора.
10 Режимы работы трансформатора. Мощность
потерь и КПД трансформатора. Трехфазный
трансформатор.
11 Электрические
машины
постоянного
тока
Устройство и принцип работы машин постоянного
тока.Способы возбуждения машин постоянного
тока.Характеристики генераторов постоянного
тока.
12 Электрические
машины
переменного
тока.Устройство и принцип действия трехфазного
асинхронного двигателя. Назначение и область
применения синхронных машин. Устройство и
принцип действия синхронной машины.
13 Основы
электропривода. Общие сведения.
Режимы работы электропривода. Выбор мощности
двигателя электропривода. Выбор вида и типа
двигателя.
14 Аппаратура управления и защиты. Тепловая
защита
электроустановок.
Автоматические
воздушные выключатели. Выключатели высокого
напряжения. Реле и релейная защита.
15 Понятия
о
системах
электроснабжения.
Надежность
системы
электроснабжения.
Повышение качества электроэнергии. Схемы
электроснабжения.
Всего:
9
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
2
15
15
30
30
3.2 Содержание лекций
Лекция 1. Линейные электрические цепи постоянного тока. Введение.
Электротехнические устройства постоянного тока. Электрическая цепь и ее
элементы. Топологические понятия теории электрических цепей.
Применение законов Ома и
Кирхгофа для описания электрического
состояния цепей постоянного тока. Условные изображения элементов и
классификация электрических цепей.
Лекция 2.Эквивалентные преобразования электрических цепей.
Потенциальная диаграмма. Баланс мощностей. Режимы работы
источников питания. Эквивалентные преобразования участков с
последовательным,
параллельным
и
смешанным
соединением
сопротивлений. Уравнение баланса мощностей электрической цепи.
Распределение потенциала в неразветвленной электрической цепи. График
зависимости
распределения
потенциала
электрической
цепи
от
сопротивления участков этой цепи. Эквивалентные преобразования участков
с последовательным, параллельным и смешанным соединением
сопротивлений. Эквивалентные преобразования соединения элементов
6
«звездой» в «треугольник». Режимы работы источников питания: режим
холостого хода, режим короткого замыкания, самосогласованный и
номинальный режим. График внешней характеристики. Применение закона
Ома и законов Кирхгофа для расчета электрических токов.
Лекция 3.Анализ электрических цепей постоянного тока с одним
источником питания. Методы расчета сложных электрических
цепей.Расчет электрических цепе с одним источником питания. Определение
контурных токов. Составление и решение системы уравнений по второму
закону Кирхгофа для контурных токов. Принцип наложения. Определение
расчетных схем и частичных токов. Расчет токов методом наложения.Расчет
токов методом узлового напряжения, методом эквивалентного генератора.
Лекция4.Однофазные
цепи
синусоидального
тока.Получение
синусоидального тока. Основные характеристики синусоидального тока.
Идеальные элементы цепи переменного тока. Закон Ома для цепи
переменного тока. Определение переменного тока. Внедрение переменного
тока в практику. Получение переменного синусоидального тока. Мгновенное,
амплитудное и действующее значение переменного тока. Основные
характеристики синусоидального тока: амплитуда, частота, угловая частота,
период. Построение векторной диаграммы. Цепь синусоидального тока с
резистивным, индуктивным, емкостным элементом.Анализ электрического
состояния цепи с последовательным соединением элементов R, L, C .Активное,
реактивное и полное сопротивления цепи синусоидального тока. Векторные
диаграммы. Сложение и вычитание векторов. Фазовые соотношения между
токами и напряжениями. Треугольник напряжений и сопротивлений
Лекция 5.
Мощности в цепи переменного синусоидального тока
Резонанс напряжений, условие его возникновения и практическое
значение. Представление синусоидальных величин в комплексной
форме. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Комплекс
полной мощности Мощности в цепи переменного тока. Активная,
реактивная, полная мощности в цепи синусоидального тока. Единицы
измерений мощностей. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности и
его практическое значение. Уравнения баланса мощностей.
Резонанс
напряжений, условие его возникновения и практическое применение.
Изображение векторных величин аналитически: в виде комплексных чисел,
в тригонометрической и показательной форме. Закон Ома в комплексной
форме для резистора, катушки индуктивности и конденсатора. Комплекс
полного сопротивления. Закон Ома в комплексной форме для электрической
цепи с последовательным соединением резистора, катушки индуктивности
и конденсатора. Комплекс полной мощности.
Законы Кирхгофа в
комплексной форме.
Лекция 6Параллельное соединение элементов в цепи синусоидального
тока. Проводимости. Закон Ома через проводимости. Резонанс токов
Расчет электрической цепи переменного тока с параллельным соединением
потребителей графоаналитическим методом. Активная
и реактивная
составляющие тока.. Определение и вывод формул активной, реактивной и
полной проводимостей
в цепи переменного синусоидального тока.
7
Треугольник проводимостей. Закон Ома через проводимости Резонанс токов,
условие его возникновения и практическое применение.
Лекция 7.Получение трехфазной системы ЭДС. Основные понятия и
определения трехфазных цепей.Получение трехфазной системы ЭДС.
Несвязанная трехфазная система электрических цепей. Соединение обмоток
генератора по схеме «звезда» и «треугольник». Фазные и линейные
напряжения, связь между ними. Векторные диаграммы фазных и линейных
напряжений. Топографическая диаграмма.
Лекция 8Расчет трехфазных потребителей, собранных по схеме «звезда»
и «треугольник». Мощности в трехфазной цепи.Соединение элементов
трехфазной цепи звездой. Соотношения между фазными и линейными
напряжениями при симметричной нагрузке. Векторная диаграмма токов и
напряжений в цепи. Расчет трехфазной цепи с несимметричной нагрузкой
элементов, соединенных звездой. Векторная диаграмма цепи, назначение
нейтрального провода. Расчет трехфазных потребителей, собранных по
схеме «треугольник». Активная, реактивная и полная мощности трехфазной
симметричной системы. Измерение активной мощности трехфазной системы.
мощности трехфазной системы.
Лекция
9.
Трансформатор.
Устройство,
принцип
действия,
назначение.Приведенный
трансформатор.Схема
замещения
трансформатора.Электрические уравнения трансформатора. Векторная
диаграмма трансформатора
Лекция 10. Режимы работы трансформатора. Мощность потерь и
КПД трансформатора. Трехфазный трансформатор.Режим холостого хода
трансформатора. Режим короткого замыкания. Работа трансформатора под
нагрузкой. Мощность потерь в трансформаторе. КПД трансформатора.
Особенности трехфазных трансформаторов. Группы соединений обмоток
трансформаторов.
Лекция 11.Электрические машины постоянного тока Устройство и
принцип работы машин постоянного тока. Способы возбуждения машин
постоянного тока.Характеристики генераторов постоянного тока.
Лекция 12.Электрические машины переменного тока.Устройство и
принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Назначение и
область применения синхронных машин. Устройство и принцип действия
синхронной машины. Устройство и принцип работы трехфазного
асинхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле. Скольжение.
Частота тока ротора, реверсирование.
Лекция 13.Основы электропривода. Общие сведения. Режимы работы
электропривода. Выбор мощности двигателя электропривода. Выбор вида и
типа двигателя.
Лекция 14.Аппаратура управления и защиты. Тепловая защита
электроустановок. Автоматические воздушные выключатели. Выключатели
высокого напряжения. Реле и релейная защита.
Лекция 15. Понятия о системах электроснабжения. Надежность системы
электроснабжения.
Повышение
качества
электроэнергии.
Схемы
электроснабжения.
8
3.3 Содержание лабораторных занятий
№
1
2
3
4.
5.
6.
Название лабораторной работы и ее содержание
Кол-во
акад. часов
Исследование цепи постоянного тока с применением
3
законов Кирхгофа.
Цель работы: провести опытную проверку законов Ома и
Кирхгофа в линейных электрических цепях постоянного
тока,
приобрести
навыки
экспериментального
определения значений токов и напряжений, научиться
строить и анализировать графики потенциальных
диаграмм.
Исследование электрической цепи постоянного тока
2
методом наложения.
Цель работы: исследовать сложную электрическую цепь
с двумя источниками энергии, опытным и расчетным
путем проверить справедливость метода наложений,
научиться составлять уравнения энергетического баланса.
Исследование неразветвленной цепи синусоидального
2
тока. Резонанс напряжений.
Цель работы: исследование электрической
цепи
синусоидального тока при последовательном соединении
индуктивной катушки и конденсатора, научиться по
опытным данным строить векторные диаграммы токов и
напряжений, определять параметры электрической
цепи,уметь устанавливать резонанс напряжений.
Исследование трехфазных потребителей, соединенных
3
звездой и треугольником.
Цель
работы:
исследование
трехпроводной
и
четырехпроводной трехфазной электрической цепи при
соединении
симметричных
и
несимметричных
потребителей звездой и треугольником, научиться
строить векторные и топографические диаграммы по
экспериментальным данным при различных режимах
работы трехфазной цепи.
Испытание однофазного трансформатора
2
Цель работы: Изучить устройство и принцип действия
трансформатора. Уметь по опытным данным определять
необходимые технические параметры трансформатора.
Исследование трехфазного асинхронного двигателя с
3
короткозамкнутым ротором.
Цель работы: Изучить устройство и принцип работы
трехфазного
асинхронного
двигателя
с
короткозамкнутым ротором. Уметь по опытным данным
определить необходимые технические параметры
асинхронного двигателя.
9
3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под
руководством преподавателя (СРСП).
1. Расчет линейных электрических цепей с применением законов Ома и
Кирхгофа
2. Расчет линейных электрических цепей методом контурных токов
3.Составление уравнения баланса мощностей.
4.Построение графика потенциальной диаграммы.
5. Подготовка РГР№1 к сдаче и защите.
6. Сдача и защита РГР№1.
7. Основные понятия и определения электрических цепей синусоидального
тока.8. Закон Ома для цепи переменного тока.Закон Ома в комплексной
форме.
9.Основные понятия и определения трехфазных цепей.
10. Расчет однофазных потребителей в трехфазной цепи.
11. Расчет трехфазных потребителей, соединенных звездой .
12.Расчет трехфазных потребителей, соединенных треугольником.
13.Определение токов в линейных проводах. Построение общей диаграммы
токов и напряжений.
14.Подготовка РГР№2 к сдаче и защите.
15.Сдача и защита РГР21.
3.5 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов
(СРС).
1. Изучение источников и потребителей электрической энергии
постоянного тока. Расчет простейших электрических цепей с одним
источником
2. Изучение режимов работы источников питания.
3.Расчет электрической цепи методом наложения .
4. Анализ электрической цепи синусоидального тока с индуктивным,
резистивным или емкостным элементом Расчет цепи синусоидального тока с
реальной катушкой индуктивности.
5. Расчет цепи синусоидального тока при последовательном соединении
элементов
6. Расчет комплекса полной мощности.
7. Расчет электрической цепи при параллельном соединении приемников.
Изучение особенностей резонансов в электрических цепях
8. Изучение особенностей резонансов в электрических цепях.
9.Расчет трехфазных потребителей с симметричной нагрузкой.
10.Исследование аварийных режимов в трехфазных цепях.
11. Расчет и измерение мощностей в трехфазных цепях
12.Получение вращающегося магнитного поля.
13. Автоматические воздушные выключатели
14.Реле и релейная защита.
15.Схемы электроснабжения.
10
4 График проведения занятий
Таблица 6
№
Дата
Время
Наименование тем
Лекции
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Линейные
электрические
цепи
постоянного
токаЭлектротехнические устройства постоянного тока.
Электрическая цепь и ее элементы. Топологические
понятия теории электрических цепей. Применение законов
Ома и Кирхгофа для описания электрического состояния
цепей постоянного тока.
Эквивалентные преобразования электрических цепей.
Потенциальная диаграмма. Баланс мощностей. Режимы
работы источников питания.
Анализ электрических цепей постоянного тока с одним
источником питания. Методы расчета сложных
электрических цепей.
Однофазные цепи синусоидального тока. Получение
синусоидального тока. Основные характеристики
синусоидального тока. Идеальные элементы цепи
переменного тока. Закон Ома для цепи переменного тока.
Мощности в цепи переменного синусоидального тока
Резонанс напряжений, условие его возникновения и
практическое значение. Представление синусоидальных
величин в комплексной форме. Законы Ома и Кирхгофа в
комплексной форме. Комплекс полной мощности
Параллельное соединение элементов в цепи
синусоидального тока. Проводимости. Закон Ома через
проводимости. Резонанс токов.
Получение трехфазной системы ЭДС. Основные понятия и
определения трехфазных цепей.
Расчет трехфазных потребителей, собранных по схеме
«звезда» и «треугольник». Мощности в трехфазной цепи.
Трансформатор.
Устройство,
принцип
действия,
назначение. Схема замещения трансформатора.
Режимы работы трансформатора. Мощность потерь и КПД
трансформатора. Трехфазный трансформатор.
Электрические машины постоянного тока Устройство и
принцип работы машин постоянного тока. Способы
возбуждения машин постоянного тока.Характеристики
генераторов постоянного тока.
Электрические машины переменного тока.Устройство и
принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.
Назначение и область применения синхронных машин.
Устройство и принцип действия синхронной машины.
11
13.
14.
15.
Основы электропривода. Общие сведения. Режимы работы
электропривода.
Выбор
мощности
двигателя
электропривода. Выбор вида и типа двигателя.
Аппаратура управления и защиты. Тепловая защита
электроустановок.
Автоматические
воздушные
выключатели. Выключатели высокого напряжения. Реле и
релейная защита.
Понятия о системах электроснабжения. Надежность
системы
электроснабжения.
Повышение
качества
электроэнергии. Схемы электроснабжения.
Лабораторные занятия
1
2
3
4
5
6
Исследование цепи постоянного тока с применением
законов Кирхгофа.
Исследование электрической цепи постоянного тока
методом наложения
Исследование неразветвленной цепи синусоидального
тока. Резонанс напряжений
Исследование трехфазных потребителей, соединенных
звездой
Испытание однофазного трансформатора
Исследование трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором.
Список литературы
Основная литература
1.Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М: Энергоатомиздат, 2008.
2. Данилов И.А.Общая электротехника.М.:Юрайт,2010
3. Иванов И.И. СПб: Издательство «Лань», 2005
4.Синдеев Ю.Г. Электротехника и основы электроники. Ростов н/Д: Феникс, 2011
5.Мурзин Ю.М.ЭлектротехникаСПб.: Питер, 2007
6.Электротехника/Под ред. В.Г. Герасимова.-М: Высшая школа, 1985.
7. Борисов.Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. – М:
Энергоатомиздат, 1985.
8.ПаначевныйБ.И.Курс электротехникиРостов н/Д: Феникс,2002
Дополнительная литература
1.Немцов М.В.Электротехника и электроника.М.: Академия, 2010
2.Жаворонков М.А .Электротехника и электроника. М.: Академия, 2010
3.М Боэ, Д Буш и др.Учебник по общей
электротехнике,М.:Техносфера,2009
12
4.Данилов И.А. Дидактический материал по общей электротехнике с
основами электроники.М.: Высш.обр., 2007
5. Рекус Г.Г. Сборник задач по электротехнике и основам электроники.-М:
Высшая школа, 1991.
6.Сенигов М.Н. Учебно-лабораторный комплекс ТОЭ
Росучприбор_Челябинск, 2003
7. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника.- М:
Энергоатомиздат, 1987
8.КожаспаевН.КМещеряковаТ.Ю.,НадировЕ.Г.Электротехника.Электричес
кие цепи. Методические указания к лабораторным работам.Алматы
Каз.НТУ, 2012
9.КожаспаевН.К., ИманбековаТ.Д,
МещеряковаТ.ЮЭлектротехника.Электрические цепи постоянного и
переменного тока. Тесты для рубежного контроля.Алматы, КазНТУ, ч.1,
2003.
10. Кожаспаев Н.К., Иченец В.М. Анализ одно- и трехфазных потребителей,
включенных в трехфазную цепь. Методические указания к выполнению
семестровой работы. КазПТИ, Алматы, 1993.
13