200500 Метрология, стандартизация и сертификация

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Утверждаю
проректор ИГХТУ по учебной работе
проф. Светцов В.И.
_________________2004г.
_________________
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Факультет Неорганической химии и технологии
Кафедра Электротехники
НАПРАВЛЕНИЕ: 200500 Метрология, стандартизация и сертификация
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 200503 Стандартизация и сертификация
Курсы
2,3 Семестры
4,5
Всего часов по дисциплине (трудоемкость)
255
Аудиторные занятия (час):
130
Лекции (час): 56 Зачет 4,5 семестры Экзамен 5 семестр
Лабораторные занятия (час):
55
Практические занятия (час):
19
Самостоятельная работа (час):
125
в том числе выполнение домашних заданий (час):
50
Иваново 2004
Рабочая учебная программа составлена Котовым В.Л. на основании
требований ГОС высшего профессионального образования по направлению
200500: “Метрология, стандартизация и сертификация для специальности
200503; “Стандартизация и сертификация”
Рабочая учебная
электротехники
программа
утверждена
на
заседании
кафедры
“___”____________2004 г., протокол №___
Заведующий кафедрой_________________ Котов В. Л.
Рабочая
учебная
программа
рекомендована
общепрофессиональных дисциплин Научно методического Совета
секцией
“___”___________2004 г.
Председатель секции __________________Котов В.Л.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена Научно методическим
Советом факультета неорганической химии и технологии
“___”___________2004 г., протокол № ___
Председатель НМС факультета ________________ Косенко Н.Ф.
1. ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью дисциплины является теоретическая и практическая подготовка
специалистов
неэлектротехнических
специальностей
в
области
электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбрать
необходимые электротехнические, электронные и электроизмерительные
устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять, совместно со
специалистами электриками, технические задания на разработку
электрических частей автоматизированных установок для управления
производственными процессами.
Специалисты, подготовленные по специальностям 200503 “
Стандартизация и сертификация” должны:
а) иметь представления:
- о принципах формирования электрических и магнитных цепей;
- о принципах создания электронных систем и средств пользования ими;
- об основных методах анализа электрического состояния цепей, машин и
аппаратов
б) знать и уметь использовать:
- методы расчета электрических цепей электромагнитных полей;
- методы анализа аналоговых, импульсных и цифровых электрических цепей;
в) владеть:
- методами составления и решения уравнений, описывающих состояние
сложных электрических цепей и электромагнитных полей;
-методами расчета замкнутых и разомкнутых магнитных цепей;
-методами измерения параметров электрических цепей и электромагнитных
полей;
г) иметь опыт:
- организации измерительного эксперимента;
-анализа состояния электрических и магнитных цепей с использованием
аналитических и графоаналитических методов;
- использования стандартной терминологии, определений, обозначений и
единиц физических величин;
- оформления чертежей и электрических схем;
ОПД.Ф.04
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
255
1. Теоретические основы электротехники.
Основные понятия и законы электромагнитного
поля и теории электрических и магнитных цепей; теория
линейных электрических цепей - (цепи постоянного,
синусоидального и несинусоидального токов), методы
анализа линейных цепей с двухполюсными и
многополюсными элементами; трехфазные цепи;
переходные процессы в линейных цепях и методы их
расчета; нелинейные электрические и магнитные цепи
постоянного и переменного тока; переходные процессы
в нелинейных цепях; аналитические и численные
методы анализа нелинейных цепей; цепи с
распределенными параметрами (установившийся и
переходный режимы); цифровые (дискретные) цепи и их
характеристики; теория электромагнитного поля,
электростатическое поле; стационарное электрическое и
магнитное поля; переменное электромагнитное поле;
поверхностный
эффект
и
эффект
близости;
электромагнитное экранирование; численные методы
расчета электромагнитных полей при сложных
граничных условиях; современные пакеты прикладных
программ для расчета электрических цепей и
электромагнитных полей на ЭВМ.
2. Общая 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
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. Элементнпя
база современных электронных устройств. Источники
вторичного электропитания. Усилители электрических
сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства.
Основы цифровой электроники. Микропроцессорные
средства. Электрические измерения и приборы.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
Разделы (темы, модули) программы
а) лекционный материал 4 семестр
Лекция 1. Роль электротехники и электроники в современном
производстве. Значение электротехнической подготовки для инженеров
неэлектриков. Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные
понятия и определения. Параметры элементов электрической цепи. Режимы
работы электрической цепи. Схемы замещения. Законы Кирхгофа.
Лекция 2. Методы расчета электрических цепей: эквивалентного
преобразования, наложения, непосредственного применения законов
Кирхгофа, контурных токов. Понятие о балансе мощностей. Простейшая
цепь с активным приемником.
Лекция 3. Особенности цепей с синусоидальными токами.
Мгновенные, амплитудные и действующие значения синусоидальных токов
и напряжений. Способы изображения синусоидальных величин.
Лекция 4. Резистивный, индуктивный, емкостный элементы в цепях
синусоидального тока. Закон Ома. Волновые и векторные диаграммы.
Энергетические процессы.
Лекция 5. Последовательная цепь элементов R-L-C. Основные
соотношения. Закон Ома. Векторная диаграмма. Треугольники напряжений,
сопротивлений и мощностей. Резонанс напряжений.
Лекция 6. Параллельная цепь элементов R-L-C. Основные
соотношения. Закон Ома. Векторная диаграмма. Треугольники токов и
проводимостей. Резонанс токов. Понятие о расчете сложных цепей
символическим методом.
Лекция 7. Трехфазные цепи. Основные понятия и определения.
Способы соединения фаз генератора и приемника. Фазные и линейные
величины. Мощность при симметричном и несимметричном режимах.
Лекция 8. Цепи с распределенными параметрами. Понятие о длинной
линии. Первичные и вторичные параметры. Линия без искажения и без
потерь. Стоячие волны. Входное сопротивление линии.
Лекция 9. Периодические несинусоидальные токи в электрических
цепях.
Представление
периодических
несинусоидальных
величин
гармоническими рядами. Основные характеристики несинусоидальных
периодических токов и напряжений. Мощность периодического
несинусоидального тока.
Лекция 10. Магнитные цепи. Основные величины, характеризующие
магнитное поле. Магнитные материалы, их классификация и свойства. Закон
полного тока. Расчет однородных неразветвленных магнитных цепей с одним
источником намагничивающей силы (прямая и обратная задачи).
Лекция 11. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи с
одним источником намагничивающей силы. Катушка со стальным
сердечником при синусоидальном напряжении, схема замещения, векторная
диаграмма. Феррорезонанс.
Лекция 12. Нелинейные электрические цепи постоянного и
переменного токов. Общая характеристика нелинейных цепей.
Лекция 13. Нелинейные электрические цепи постоянного и
переменного токов в установившемся режиме. Последовательное и
параллельное соединение нелинейных элементов.
5 семестр.
Лекция 14. Переходные процессы в линейных электрических цепях.
Законы коммутации. Расчет переходных процессов классическим методом.
Переходные процессы в цепи R-L. Короткое замыкание цепи R-L. Включение
цепи R-L под постоянное напряжение. Переходные процессы в цепи R-C.
Включение цепи R-C под постоянное напряжение. Короткое замыкание цепи
R-C.
Лекция 15. Переходные процессы в цепи R-L-C. Колебательный разряд
конденсатора. Понятие о переходных процессах в нелинейных цепях.
Лекция 16. Основные понятия и определения электромагнитного поля.
Уравнения электромагнитного поля в дифференциальной форме. Полная
система уравнений электромагнитного поля.
Лекция 17. Электростатическое поле. Безвихревой характер
электростатического поля. Градиент потенциала.
Лекция 18. Магнитное поле постоянных токов. Вихревой характер
магнитного поля токов. Общая задача расчета магнитного поля постоянных
токов. Взаимодействие тока с магнитным полем. Энергия в магнитном поле.
Лекция 19. Переменное электромагнитное поле в диэлектрике и в
проводящей среде. Явление поверхностного эффекта. Электромагнитное
экранирование.
Лекция 20. Трансформаторы. Назначение. Принцип действия.
Номинальные величины. Уравнения электрического и магнитного состояний.
Потери и КПД трансформатора.
Лекция 21. Двигатели постоянного тока. Скоростные уравнения и
механические характеристики. Способы пуска, регулирования и
реверсирования.
Лекция 22. Асинхронный двигатель, устройство и принцип действия.
Механическая характеристика. Способы пуска, регулирования и
реверсирования. Устройство и принцип действия синхронных двигателей.
Лекция 23. Понятие об электроприводе. Режимы работы двигателей.
Общие положения по выбору мощности двигателя. Выбор мощности
двигателя для длительного и повторно-кратковременного режимов нагрузки.
Аппаратура управления и защиты.
Лекция 24. Электрические измерения. Основные понятия и
определения. Погрешности электрических измерений. Механизмы
аналоговых электромеханических измерительных приборов. Цифровые
измерительные приборы. Измерение основных параметров электрических
цепей.
Лекция 25. Основы электроники. p-n-переход и его свойства. Принцип
действия полупроводникового диода, характеристики. Классификация
диодов.
Лекция 26. Классификация транзисторов. Принцип действия,
характеристики, параметры и назначение биполярного и униполярного
транзисторов. Тиристоры. Принцип действия, назначение и характеристики.
Лекция 27. Устройства вторичного электропитания. Электрические
сглаживающие фильтры. Понятие об управляемых выпрямителях.
Электронные усилители, классификация и основные параметры.
Лекция 28. Общие принципы работы электронных усилителей,
динамические характеристики. Классы усиления. Триггеры и генераторы
прямоугольных импульсов. Микропроцессорные средства электроники.
б. Практические занятия - 19 часов.
Содержание практических занятий
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Содержание занятий
Анализ электрической цепи постоянного тока
Анализ электрической цепи однофазного
синусоидального тока
Анализ трехфазных цепей
Расчет переходных процессов в цепях первого
порядка
Расчет переходных процессов в цепях второго
порядка
Анализ работы однородных и неоднородных
магнитных цепей и трансформаторов
Анализ работы электрических машин и выбор
двигателя для электропривода
Оценка погрешности измерений
Объем в
часах
2
4
№№
недель
1-2
3-6
2
2
7-8
9-10
2
11-12
2
13-14
2
15-16
3
17-19
в. Лабораторные занятия - 57часов.
Перечень лабораторных работ.
1. Исследование линейной электрической цепи постоянного тока.
2. Исследование последовательной цепи переменного тока.
3. Исследование параллельной цепи переменного тока.
4. Исследование трехфазной электрической цепи.
5. Исследование трехфазной электрической цепи с несимметричными
приемниками.
6. Анализ линейной электрической цепи при периодическом
несинусоидальном токе.
7. Испытание однофазного трансформатора.
8. Испытание асинхронного двигателя.
9. Исследование полупроводниковых выпрямителей.
10. Исследование биполярного транзистора.
11. Переходные процессы в линейной электрической цепи первого порядка.
12. Переходные процессы в линейной электрической цепи второго порядка.
13. Исследование электронного усилителя.
График выполнения лабораторных работ.
4 семестр
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Содержание занятий
Объем
№№
в часах недель
Вводный инструктаж, выполнение лабораторной
3
1-2
работы №1
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
3-4
выполнение лабораторной работы № 2
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
5-6
выполнение лабораторной работы № 3
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
7-8
выполнение лабораторной работы № 4
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
9-10
выполнение лабораторной работы № 5
Контрольная работа
3
11-12
Выполнение лабораторной работы №6
3
13-14
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
15-16
экспериментальная работа в среде Electronics
Workbench
Зачетное занятие
3
17-18
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Расчет сопротивлений приемников, внутренних сопротивлений
источников энергии постоянного тока и эквивалентных сопротивлений
сложных цепей по экспериментальным данным. Расчет токов сложных
электрических цепей методами непосредственного применения законов
Кирхгофа, наложения по экспериментальным данным. Расчет цепей методом
контурных токов. Расчет распределения потенциала вдоль контура и
построение потенциальной диаграммы.
Расчет параметров приемников при синусоидальном токе по
экспериментальным данным. Расчет и построение векторных диаграмм токов
и напряжений последовательно соединенных элементов R-L-C. Анализ
влияния характера цепи на соотношение активной, реактивной и полной
мощностей. Методом векторных диаграмм анализ влияния подключения
емкостного и резистивного элементов на коэффициент мощности цепи R-L.
Расчет сложных электрических цепей с одним источником энергии
символическим методом.
Разложение периодического напряжения прямоугольной формы в ряд
Фурье.
Расчет гармонических составляющих тока при подключении цепи R-LC к источнику периодического напряжения прямоугольной формы и их
графическое построение.
Построение векторных диаграмм токов и напряжений трехфазных
приемников при их включении звездой и треугольником.
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
а. Домашняя расчетно-графическая работа “Расчет токов в ветвях сложной
электрической цепи методом контурных токов” (количество и сроки
выполнения) - 1, № недели - 5.
б. Домашняя расчетно-графическая работа “ Расчет токов в разветвленной
цепи синусоидального тока с одним источником энергии символическим
методом” (количество и сроки выполнения) - 1, № недели - 10.
График выполнения лабораторных работ
5 семестр
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Содержание занятий
Объем
№№
в часах недель
Вводный инструктаж, выполнение лабораторной
3
1-2
работы №7
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
3-4
выполнение лабораторной работы № 8
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
5-6
выполнение лабораторной работы № 9
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
7-8
выполнение лабораторной работы № 10
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
9-10
выполнение лабораторной работы № 11
Контрольная работа
3
11-12
Выполнение лабораторной работы №12
3
13-14
Тестирование по материалу предыдущей работы,
3
15-16
выполнение лабораторной работы № 13
Зачетное занятие
4
17-19
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Расчет законов изменения токов и напряжений в цепях R-L и R-C при
их включении под постоянное напряжение, в цепях второго порядка расчет
кривых переходных процессов.
Расчет параметров Т-образной схемы замещения трансформатора по
данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Построение внешней
характеристики трансформатора по экспериментальным данным.
Расчет КПД и коэффициента мощности, построение рабочих
характеристик асинхронного двигателя по экспериментальным данным.
Расчет механической характеристики по паспортным данным. Расчет
мощности и выбор двигателя для электропривода при длительном режиме
нагрузки.
Расчет h-параметров биполярного транзистора по экспериментальным
входным и выходным характеристикам.
ФОРМА ОТЧЕТНОСТИ
Расчетно-графическая работа «Выбор двигателя для электропривода в
режиме длительной постоянной нагрузки, расчет потребляемой мощности,
потребляемого и пускового токов по паспортным данным, выбор схемы
управления и защиты двигателя и описание ее работы» (количество и сроки
выполнения) - 1, № недели 10.
г. Индивидуальная работа с преподавателем - нет
3. РЕКОМЕДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
(изданная через центральные издательства и внутривузовским способом)
ОСНОВНАЯ
1.Немцов М.В., Касаткин А.С. Курс электротехники. М.:В. школа, 2005.
2.Жаворонков М.А. Электротехника и электроника. М.:Академия, 2005.
3.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.,
Энергоатомиздат, 1987.
4.Электротехника: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.Г.
Герасимова, М., Высшая школа, 1983.
5.Основы промышленной электроники, под редакцией В.Г. Герасимова,
М., Высшая школа, 1978.
6.Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач по электротехнике и основам
электроники: Учебн. пособие для неэлектротехн. спец. вузов, М., Высшая
школа, 1981.
7.Методические указания по выполнению домашних расчетных заданий
по электротехнике, составители Э.Г. Галиаскаров, В.Л. Котов, Иваново1999.
8.Полупроводниковые
приборы.
Методические
указания
по
промышленной электронике, ч.1, составитель А.Н. Фролов, Иваново, 1992.
9.Полупроводниковые
приборы.
Методические
указания
по
промышленной электронике, ч.2, составитель А.Н. Фролов, Иваново, 2001.
10.Котов В.Л., Галиаскаров Э.Г. Электротехника, промышленная
электроника и электрооборудование. Электротехнические материалы.
Проводниковые и полупроводниковые материалы, учебное пособие, Иваново
1999.
11.Котов В.Л., Шмуклер М.В. Электротехника и электроника.
Электротехнические материалы. Магнитные и изоляционные материалы,
учебное пособие, Иваново 2004.
12.Исаков Ю.А. и др. Основы промышленной электроники. Изд.
Технiка. Киев,1976.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Линейные электрические цепи постоянного и однофазного
переменного токов. Методические указания, составитель В.Л.Котов,
Иваново, 1988.
2. Трехфазные цепи. Методические указания, составитель В.Л.Котов,
Иваново, 1989.
3. Электрические машины устройств автоматики (асинхронные
силовые микродвигатели). Методические указания, составитель В.А.Разумов,
Иваново, 1989.
4.
Электротехника,
промышленная
электроника
и
электрооборудование. Методические указания по выполнению лабораторных
работ, составители Э.Г. Галиаскаров, В.Л.Котов, В.А.Разумов, М.В.Шмуклер,
А.Н.Фролов, Иваново, 2000.
5. Котов В.Л., Разумов В.А., Фролов А.Н., Шмуклер М.В.
Электротехника и электроника. Сборник лабораторных работ, Иваново, 2002.
6. Фролов А.Н., Шмуклер М.В., Разумов В.А. Теоретические основы
электротехники. Сборник лабораторных работ, ч. 2, Иваново, 2000.