Предисловие
В соответствии с учебным планом курс «Электротехника и основы электроники» предусматривает чтение лекций (как правило в ограниченном объеме и только по основным разделам), практические занятия для закрепления необходимых вопросов и лабораторный практикум. Перечень тематики изучаемого материала и список лабораторных работ изложен в рабочей программе. Одним из основных видов занятий по курсу является выполнение контрольных работ. Предлагаемые задания охватывают весь основной материал курса и соответствуют программе. Целью контрольных работ является окончательная проверка усвоения студентами соответствующих разделов курса.
Общие методические указания
Рабочая программа Курса «Электротехника и основы электроники»
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
Электрическая энергия, ее особенности и области применения. Роль электротехники и электроники в современном производстве. Развитие электротехники как науки. Значение электротехнической подготовки для инженеров неэлектротехнических специальностей. Содержание и структура курса. Методика организации процесса обучения.
Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и определения. Источники и приемники электрической энергии. Параметры элементов электроцепей. Схемы замещения. Выбор положительных направлений ЭДС, напряжений и токов. Режимы работы источника энергии. Холостой ход, короткое замыкание, согласованный режим работы источника.
Методы расчета цепей постоянного тока: метод упрощения цепи, метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод наложения, метод эквивалентного генератора. Потенциальная диаграмма. Понятие о балансе мощностей.
Линейные электрические цепи синусоидального тока. Однофазные цепи. Достоинства переменного тока. Генерирование переменного тока. Мгновенные, амплитудные, действующие значения синусоидально-изменяющихся величин. Начальная фаза. Сдвиг фаз. Изображение синусоидальных величин с помощью векторов. Метод векторных диаграмм.
Простейшая цепь с активным сопротивлением. Основные соотношения, волновая и векторная диаграммы.
Простейшая цепь с индуктивностью. Основные соотношения, волновая и векторная диаграммы.
Простейшая цепь с емкостью. Основные соотношения, волновая и векторная диаграммы.
Последовательная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Основные соотношения. Треугольник напряжений. Треугольник сопротивлений. Векторная диаграмма. Закон Ома. Резонанс напряжений.
Параллельная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Основные соотношения. Треугольник токов. Треугольник проводимостей. Векторная диаграмма. Резонанс токов.
Понятие о расчете сложных цепей символическим методом.
Мощность в цепи синусоидального тока. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности. Способы компенсации реактивной энергии.
Трехфазные цепи. Основные понятия и определения. Способы соединения фаз генератора и токоприемника. Фазные и линейные величины. Классификация токоприемников. Симметричный режим трехфазной цепи. Мощность при симметричном режиме. Несимметричный режим трехфазной цепи. Мощность при несимметричном режиме. Понятие о защитном заземлении и защитном занулении.
Переходные процессы в линейных электрических цепях. Причины возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения. Анализ переходных процессов простейших электрических цепей.
Электрические цепи несинусоидального тока. Причины возникновения несинусоидальных токов. Способы представления периодических несинусоидальных величин. Основные характеристики периодических несинусоидальных токов и напряжений. Мощность цепи несинусоидального тока. Понятие о расчете линейных цепей несинусоидального тока.
Магнитные цепи. Основные величины, характеризующие магнитное поле. Магнитные материалы и их свойства. Закон полного тока. Виды магнитных цепей. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи. Физические процессы, происходящие в катушке с железным сердечником при включении на синусоидальное напряжение. Феррорезонансный стабилизатор напряжения.
Основы электроизмерений. Основные понятия и определения. Погрешности электроизмерений. Механизмы аналоговых электромеханических измерительных приборов. Цифровой измерительный прибор. Измерение тока, напряжения и мощности.
Рекомендуемая литература.
Основная: [1] стр.12-47, 50-66, 83-150, 156-170, 172-178, 233-263, 269-274.
Дополнительная: [2], [3], [5], [7-13] .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Электронные приборы. Электроника и ее роль в современном производстве. Принцип действия полупроводникового диода, его характеристики. Понятие о стабилитроне. Принцип действия, характеристики и назначение биполярного и полевого транзисторов. Тиристоры, принцип действия, назначение и характеристики.
Электронные устройства. Выпрямители. Электрические схемы и принципы работы однофазных и трехфазных выпрямителей. Понятие об управляемых выпрямителях. Электрические сглаживающие фильтры.
Усилители. Определение, классификация и основные параметры усилителей. Общие принципы работы электронных усилителей, динамические характеристики.
Классы усиления. Практические схемы, назначение элементов. Особенности усилителей постоянного тока. Операционные усилители и их применение.
Импульсные устройства. Интегрирующие и дифференцирующие цепи. Транзисторный ключ. Симметричный триггер, применение. Электронные генераторы с самовозбуждением. Мультивибратор. Понятие о преобразовательных устройствах.
Цифровая электроника. Элементы математической логики. Понятие о комбинационных и последовательностных автоматах. Полупроводниковые элементы памяти. Интегральные микросхемы. Микропроцессорные системы, элементы и применение. Сопряжения цифровых и аналоговых систем.
Рекомендуемая литература.
Основная: [4] стр. 6-53, 100-110, 126-129, 215-216, 222-227, 235-242, 248-269, [21].
ТРАНСФОРМАТОРЫ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ЭЛЕКТРОПРИВОД
Трансформаторы. Назначение, классификация, устройство и принцип действия. Электрические соотношения идеального трансформатора. Понятие о приведенном трансформаторе. Схемы замещения и векторные диаграммы. Опытное определение параметров трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора. КПД трансформатора. Понятие о трехфазных и многообмоточных трансформаторах.
Электрические машины. Основные физические явления в электрических машинах. Классификация электромашин.
Машины постоянного тока. Устройство и принцип действия, режим генератора и двигателя. Потери энергии и КПД. ЭДС якоря и электромагнитный момент машины. Искрение на коллекторе. Понятие о генераторах постоянного тока, их характеристики. Двигатели постоянного тока, основные характеристики. Пуск двигателя. Свойство саморегулирования. Механические и рабочие характеристики. Паспортные данные двигателя.
Асинхронные машины. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Схема замещения асинхронной машины. Энергетические соотношения. Механические и рабочие характеристики. Пуск асинхронного двигателя.
Синхронные машины. Устройство и принцип действия. Режимы двигателя и генератора. Уравнение электрического состояния и схема замещения. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного двигателя. Пуск синхронного двигателя. Понятие о машинах специального назначения.
Электропривод. Назначение и классификация электроприводов. Особенности электропривода химической промышленности. Общие сведения об автоматизированном электроприводе, характеристика его функциональных узлов и элементов. Электроприводы постоянного и переменного тока, способы регулирования скорости электроприводов. Режимы работы электропривода, нагрузочные диаграммы. Выбор мощности и типа двигателя. Аппараты управления и защиты. Схемы автоматического управления электроприводами постоянного и переменного тока. Тормозные режимы электроприводов.
Рекомендуемая литература.
Основная: [1] стр. 295-318, 332-351, 359-362, 382-417, 427-454.
Дополнительная: [2], [3-7], [14-20].