- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Электротехника и электроника. Ч. 1»
- •2.6. Рейтинговая система оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект
- •ВВЕДЕНИЕ
- •РАЗДЕЛ 1. Основы теории электрических цепей
- •1. Электрическая цепь и ее характеристики
- •1.1. Определение цепи
- •1.2. Графическое изображение электрической цепи и ее элементов
- •1.3. О направлениях действия ЭДС, токов и напряжений
- •1.4. Законы электрических цепей
- •1.5. Параметры электрических цепей
- •1.6. Идеальные элементы электрической цепи
- •2. Цепи постоянного тока
- •2.1. Некоторые особенности цепей постоянного тока
- •2.2. Закон Ома и законы Кирхгофа для цепей постоянного тока
- •2.3. Мощность цепи постоянного тока
- •2.4. Расчет простых цепей постоянного тока
- •2.6. Баланс мощностей цепи постоянного тока
- •3. Цепи синусоидального тока
- •3.1. Основные понятия о синусоидальных процессах
- •3.2. Аналитическая запись синусоидальных токов и напряжений
- •3.5. Закон Кирхгофа в векторной форме записи
- •3.7. Действующие значения синусоидальных токов и напряжений
- •3.8. Элементы в цепи синусоидального тока
- •3.10. Цепь с последовательным соединением R, L, C
- •3.11. Цепь с параллельным соединением R, L и C
- •3.14. Понятие о двухполюсниках и об эквивалентных цепях
- •РАЗДЕЛ 2. Методы расчета электрических цепей
- •4.1. Введение. Основы метода
- •4.2. Комплексные токи и напряжения
- •4.3. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость
- •4.4. Комплексная мощность
- •4.5. Законы Кирхгофа в комплексной форме записи
- •4.6. Аналогия с цепями постоянного тока
- •5. Методы расчета сложных цепей синусоидального тока
- •5.1. Введение
- •5.2. Метод контурных токов
- •5.3. Метод узловых напряжений (узловых потенциалов)
- •5.4. Метод эквивалентного источника
- •5.5. Метод наложения
- •5.6. Баланс мощностей цепи синусоидального тока
- •РАЗДЕЛ 3. Резонанс, индуктивно связанные цепи и трехфазные цепи
- •6. Резонансные явления. Индуктивно связанные цепи
- •6.1. Резонансные явления
- •6.3. Резонанс в параллельной цепи из элементов R, L,C (резонанс токов)
- •6.5. Цепь с трансформаторной связью между катушками
- •7. Трехфазные электрические цепи
- •7.1. Введение
- •7.2. Соединение трехфазной цепи звездой
- •7.3. Соединение трехфазной цепи треугольником
- •7.4. Расчет трехфазных цепей
- •7.5. Мощность трехфазной цепи
- •РАЗДЕЛ 4 Несинусоидальные токи, напряжения и переходные процессы
- •8.1. Общие положения
- •8.4. Мощность в цепи при несинусоидальных токе и напряжении
- •8.5. Расчет линейных цепей с несинусоидальными ЭДС
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Законы коммутации. Начальные условия
- •РАЗДЕЛ 5. Нелинейные электрические и магнитные цепи
- •10. Нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного тока
- •10.1. Нелинейные электрические цепи. Общие положения
- •10.2. Нелинейные сопротивления
- •10.3. Нелинейные свойства ферромагнитных материалов
- •10.4. Нелинейная индуктивность
- •10.5. Нелинейная емкость
- •10.6. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •10.8. Магнитные цепи с постоянным магнитным потоком
- •11. Нелинейные цепи переменного тока
- •РАЗДЕЛ 6. Электрические машины
- •12. Трансформаторы
- •12.1. Назначение и принцип действия
- •12.2. Холостой ход трансформатора
- •12.3. Нагрузка трансформатора
- •12.4. Схема замещения
- •12.5. Режим холостого хода
- •12.6. Режим короткого замыкания
- •12.7. Внешняя характеристика трансформатора
- •12.8. КПД трансформатора
- •13. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
- •13.1. Общие вопросы теории электрических машин
- •13.2. Классификация электрических машин
- •13.4. Скольжение и его влияние на параметры ротора
- •13.5. Механическая мощность асинхронного двигателя
- •13.9. Пуск асинхронных двигателей
- •14. Cинхронные машины
- •14.1. Устройство и принцип действия
- •14.2. Характеристика холостого хода
- •14.3. Внешние характеристики синхронного генератора
- •14.4. Включение синхронного генератора на параллельную работу
- •14.5. Пуск в ход синхронных двигателей
- •14.6. Синхронные компенсаторы
- •15. Машины постоянного тока
- •15.1. Конструктивные особенности машин постоянного тока
- •15.2. Классификация по способу возбуждения
- •15.3. Генераторы постоянного тока
- •15.4. Двигатели постоянного тока
- •15.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •15.7. Пример решения задачи
- •РАЗДЕЛ 7. Электрические измерения и приборы
- •16. Электрические измерения и приборы
- •16.1. Общие сведения об электрических измерениях
- •16.2. Эталоны единиц электрических величин
- •16.3. Измерительные приборы
- •16.4. Измерение напряжения переменного тока
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •ГЛОССАРИЙ
- •3.4. Лабораторные работы
- •Общие указания
- •3.5. Практические занятия
- •Общие указания
- •4. БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
- •Общие указания
- •ЗАДАЧА 1
- •ЗАДАЧА 2
- •ЗАДАЧА 3
- •ЗАДАЧА 4
- •ЗАДАЧА 5
- •ЗАДАЧА 6
- •ЗАДАЧА 7
- •ЗАДАЧА 8
- •ЗАДАЧА 9
- •4.2. Текущий контроль (вопросы для самопроверки, тестовые задания)
- •Тема 1. Репетиционный тест 1
- •Тема 1. Тест 1
- •Тема 2. Репетиционный тест 2
- •Тема 2. Тест 2
- •Тема 3. Репетиционный тест 3
- •Тема 3. Тест 3
- •Тема 4. Репетиционный тест 4
- •Тема 4. Тест 4
- •Тема 5. Репетиционный тест 5
- •Тема 5. Тест 5
- •Тема 6. Тест 6
- •Тема 7. Репетиционный тест 7
- •Тема 7. Тест 3.7
- •Тема 8. Тест 8.
- •Тема 9. Тест 9
- •Тема 10. Репетиционный тест 10
- •Тема 10 Тест 10
- •Тема 11. Тест 11
- •Тема 12. Тест 12
- •Тема 13. Тест 13
- •Тема 14. Тест 14
- •Тема 15. Тест 15
- •Тема 16. Тест 16
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Северо-Западный государственный заочный технический университет
Кафедра электротехники и электромеханики
Электротехника и электроника
Ч. 1. Электротехника
Учебно-методический комплекс
Институт машиностроительно - технологический
Специальности:
151001.65 технология машиностроения
150104.65 литейное производство черных и цветных металлов
150202.65 оборудование и технология сварочного производства
150501.65 материаловедение в машиностроении
261001.65 технология художественной обработки материалов
240401.65 химическая технология органических веществ
240301.65 химическая технология неорганических веществ
Институт приборостроения и систем обеспечения безопасности
Специальности:
200101.65 приборостроение
280202.65 инженерная защита окружающей среды
200402.65 инженерное дело в медико-биологической практике
200501.65 – метрология и метрологическое обеспечение Институт автомобильного транспорта Специальности:
190205.65 подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование 190601.65 автомобили и автомобильное хозяйство 190701.65 организация перевозок и управление на транспорте
Институт информационных систем и вычислительной техники
Специальность:
230101.65 – вычислительные машины, комплексы, системы и сети
Институт радиоэлектроники
Специальности:
210201.65 – проектирование и технология радиоэлектронных средств
Институт энергетический
Специальности:
140101.65 – тепловые электрические станции
140104.65 – промышленная теплоэнергетика
Направления подготовки бакалавра:
151000.62, 200100.62, 150100.62, 280200.62, 200500.62, 210200.62, 140100.62, 230100.62, 220100.62
Санкт-Петербург Издательство СЗТУ
2007
Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.3(07)
Электротехника и электроника. Ч. 1. Электротехника.: учебно-мето-
дический комплекс / сост.: А.Л. Виноградов, |
|
. Прокофьев. |
, В.Н |
||
СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007. 376 с. |
М.Е. Евсеев |
|
|
|
Учебно-методический комплекс (УМК) разработан в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.
В УМК рассмотрены основы анализа и расчета электрических и магнитных цепей, электрические измерения и электрические машины.
Рассмотрено на заседании кафедры электротехники электромеханики 19 октября 2007 г., одобрено методической комиссией энергетического института 25 октября 2007 г.
Рецензенты: |
кафедра |
электротехники и электромеханики (зав кафед- |
|
рой В. И. Рябуха, |
д-р техн. |
наук, проф.); |
Ю. В. Куклев, канд. техн. наук, |
доц; С. И. Джаншиев канд. техн. наук, доц. |
|
Составители: А.Л. Виноградов, канд, техн. наук, доц.; М.Е. Евсеев , канд. техн. наук, доц.; В.Н. Прокофьев канд, техн. наук, доц.
©Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2007
©А.Л. Виноградов,М.Е. Евсеев , В.Н. Прокофьев, 2007
1. Информация о дисциплине
1.1. Предисловие
Электротехника является областью науки, которая занимается изучением электротехнических и магнитных явлений и их техническим использованием в практических целях.
Дисциплина "Электротехника и электроника" для специальностей
240301.65, 240401.65, 190701.65, 261001.65, 280202.65, 150104.65, 190205.65, 140101.65, 140104.65, 190601.65, 151001.61, 151001.65, 150202.65, 150501.65, 230101.65, 200501.65, 210201.65 состоит из двух частей – часть 1 и часть 2.
Часть 1 изучается в первом семестре третьего курса. Областью изучения этой части является электротехника. Часть 2 изучается в следующем семестре третьего курса. Областью изучения этой части является электроника. Данный комплекс посвящен электротехнике.
Специальности 220100.62, 200102.65, 200102.65, 200402.65 изучают дис-
циплину «Общая электротехника», которая достаточно близка к дисциплине «Электротехника и электроника. Ч. 1». Специальность 080502 изучают дисциплину «Электротехника», которая также близка к дисциплине «Электротехника и электроника. Ч. 1». В дальнейшем в тексте эти дисциплины будем называть общим названием «Электротехника и электроника. Ч. 1» или «Электротехника».
Изучение первой части дисциплины согласно рабочей программе осуществляется с дифференциацией по специальностям (см. рабочую программу).
Целью изучения дисциплины является изучение основных вопросов теории электротехнических цепей, магнитных цепей и электрических машин.
Задачи изучения дисциплины усвоение и понимание явлений, происходящих в электрических и магнитных цепях и в электрических машинах.
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знанийподисциплине, формируемыминанесколькихуровнях.
Иметьпредставление:
об устройстве и принципе действия разнообразной электротехнической аппаратуры, электрических машин и оборудования.
Знать:
методы расчета цепей постоянного и переменного тока;
методы расчета магнитных цепей;
устройство, принцип действия электротехнической аппаратуры, электрических машин постоянного и переменного тока.
Уметь применять полученные знания для изучения последующих дисциплин, использующих теорию электротехники.
Владеть:
методами расчета цепей постоянного и переменного тока;
методами расчета магнитных цепей;
особенностями эксплуатации электрических машин.
Для изучения дисциплины необходимы знания следующих дисциплин и их разделов:
по физике электричество и магнетизм, колебания и волновое движение, физику твердого тела, физические величины и единицы их измерения; по высшей математике дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения и методы их решения, ряды, функции ком-
плексной переменной; по вычислительной математике и программированию приближенные
вычисления, численные методы решения; по вычислительной технике основы программирования и функциони-
рования ЭВМ; по основам метрологии и стандартизации международную систему еди-
ниц (СИ), методы и средства измерения электрических и магнитных величин, условное графическое изображение электрических, магнитных и полупроводниковых элементов, схемы и их выполнение;
по экономике |
экономические критерии в электротехнике, повыше- |
ние коэффициента |
полезного действия и коэффициента мощности электро- |
технических устройств, надежность.
Приобретенные знания студентами будут непосредственно использованы при изучении следующих дисциплин: «Электротехника и электроника. Ч. 2», «Метрология, стандартизация и сертификация, взаимозаменяемость» и др. в зависимости от специальности студента.
Изучение дисциплины осуществляется с дифференциацией по специальностям, указанной в табл. 1 и 2.
Структура учебно-методического комплекса представлена на рисунке. Рабочая программа разбита на 7 разделов, каждый из которых состоит из
нескольких тем. Все темы состоят из параграфов, отмеченных соответствующими цифрами 1, 2, 3…
В зависимости от специальности студенты изучают только те параграфы, которые указаны в соответствующем столбце рабочей программы, представленной в виде табл. 2. Так же в зависимости от специальности студенты выпол-
няют лабораторные работы и практические занятия только те, которые указаны
вначале каждого раздела опорного конспекта.
Вначале каждой темы перечислены ключевые понятия, на которые особенно необходимо обратить внимание.
Для проверки усвоения материала каждая тема опорного конспекта за-
канчивается промежуточным тестированием.
Контролем знания дисциплины является контрольная работа, которая состоит из задач, для решения которых необходимо изучить соответствующие разделы. Номера задач с дифференциацией по специальностям указаны в табл. 1. Студенты специальности 080502 контрольные работы не выполняют.
При изучении дисциплины следует руководствоваться табл. 1 и табл. 2.
Втабл. 2 приведена рабочая программа.
Встолбце 1 табл.1 указан номер шифра специальности.
Встолбце 2 указано количество часов, необходимое для изучения дисциплины согласно ГОС.
Встолбце 3 указан номер, под которым соответствующая специальность представлена в табл. 2. Например, номеру 4 в табл. 2 соответствует согласно табл. 1 две специальности 140101.65 и 140104.65.
Для студентов различных специальностей в начале каждого раздела указаны темы и номера параграфов, которые необходимо изучить.
Вначале каждой темы перечислены ключевые понятия, на которые особенно необходимо обратить внимание.
Для проверки усвоения материала каждая тема опорного конспекта за-
канчивается промежуточным тестированием.
Итоговым контролем является экзамен или теоретический зачет (зависит от специальности).
Вопросы к экзамену и зачету приведены в разделе «Блок контроля освоения дисциплины».
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Номера задач |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
Специаль- |
Объем часов для дневной |
специально- |
Номера |
|
ность |
формы обучения |
сти |
задач |
|
|
|
в табл. 2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
240401.65 |
52 |
1 |
1, 3, 7, |
8 |
240301.65 |
52 |
1 |
1, 3, 7, |
8 |
261001.65 |
70 |
2 |
1, 3, 7, |
8 |
280202.65 |
71 |
2 |
1, 3, 7, |
8 |
190701.65 |
72 |
2 |
1, 3, 7, |
8 |
140101.65 |
80 |
3 |
1, 3, 7, 8, 9 |
|
140104.65 |
90 |
3 |
1, 3, 7, 8, 9 |
|
150104.65 |
100 |
4 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
190205.65 |
100 |
4 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
190601.65 |
100 |
4 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
151001.61 |
119 |
5 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
151001.65 |
119 |
5 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
150202.65 |
120 |
5 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
220100.62 |
136 |
6 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
200102.65 |
140 |
6 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
200102.65 |
140 |
6 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
150501.65 |
142 |
6 |
1, 3, 4, 7, 8, 9 |
|
230101.65 |
150 |
7 |
1, 3, 5, 7, 8, 9 |
|
200402.65 |
150 |
7 |
1, 2, 3, 5, 6, 7 |
|
200501.65 |
170 |
8 |
1, 2, 3, 5, 6, 7 |
|
210201.65 |
170 |
8 |
1, 2, 3, 5, 6, 7 |
|
080502.65 |
180 |
8 |
- |
|
Структура учебно-методического комплекса «Электротехника и электроника. Ч. 1»
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опорный конспект |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Введение |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раздел 1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 1 |
|
|
|
||||
|
|
Учебнометоди- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
ческая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 3 |
|
|
|
|
|||||
|
|
литература |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточный |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контроль |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Глоссарий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электронный |
|
|
|
|
|
|
………………….. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
учебник |
|
|
|
|
|
|
…………………. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…………………. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…………………. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Методические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
указания к выпол- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нению лабо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
раторных работ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раздел 7 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Методические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
указания к выпол- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Тема 16 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
нению контроль- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточный |
|
|
|
|
|
|||
|
|
ных работ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контроль |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тест 1 Тест 2 Тест 3
Задачи из контрольной работы
Тест 16
Задачи из контрольной работы
База данных результатов тестирования по каждому студенту
Рис.
Итоговое тестирование