Кафедра Общей электротехники

Кафедра Общей электротехники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

ПУТЕВОДИТЕЛЬ ПО КУРСУ

 

 

Технологические, нормативные материалы для студентов

факультета Летательных аппаратов (ФЛА)

 

 

Новосибирск

УДК 621.3. +621.38(07)

 

 

Цели изучения дисциплины «Электротехника и электроника»

· Основная цель курса: - ввести студентов в сферу основных теоретических понятий, терминов, расчетных методов и математических моделей теории электрических цепей и их прикладных электромеханических и электронных приложений.

· Ядро курса составляют задачи преобразования электрической энергии, рассматриваемые теорией электрических цепей на всех этапах рабочего цикла сложной электронно-механической системы. В курсе выделены три разноплановые составляющие: теоретическая часть (основы теории цепей) и две прикладные части (электромеханические преобразователи - электрические машины и электронные преобразователи - электронные устройства).

 

Практическая задача дисциплины - сформировать у студентов следующие знания, умения и навыки.

 

· Знание основных определений, теорем и законов электротехники

· Знание методов расчета линейных цепей.

· Знание характеристик и свойств электронных устройств и исполнительных электрических машин.

· Умение использовать методы расчета электрических цепей при анализе стационарных режимов в электротехнических устройствах.

· Умение анализировать электрические схемы с помощью современных компьютерных программных продуктов.

· Практические навыки по проведению как натурного, так и компьютерного эксперимента при исследовании электротехнических цепей и устройств.

 

 

Краткая рабочая программа

 

1. Предмет и место дисциплины в подготовке специалистов в области авиастроения. Введение. Понятие и термины электротехники. Элементы электрических цепей и их параметры. Цепи постоянного тока. Нелинейные цепи*.

2. Виды источников энергии и режимы их работы. Законы Ома и Кирхгофа. Эквивалентные преобразования. Баланс мощностей.

3. Методы расчёта разветвлённых электрических цепей. Взаимные преобразования «треугольника» и «звезды» сопротивлений. Метод свертывания.

4. Метод наложения, метод прямого применения законов Кирхгофа, метод контурных токов.

5. Метод узловых потенциалов и метод эквивалентного генератора в расчетах разветвленных цепей.

6. Цепи переменного тока Особенности, свойства и способы оценки и анализа.

7. Цепь RL. Цепь RC Цепь RLC (последовательная). Резонанс напряжений. Векторные диаграммы.

8. Параллельная цепь RLC. Двухполюсник и его схемы. Резонанс токов. Векторные диаграммы.

9. Символический метод расчёта. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Примеры расчёта. Векторные диаграммы. Расчёт мощности.

10. Трёхфазные цепи. Основные понятия. Режимы работы при соединении потребителей в «звезду» и в «треугольник». Векторные диаграммы.

11. Методы расчёта 3-х фазных цепей. Мощности в 3-х фазных цепях.

12. Трансформаторы. Виды, типы, применение. Принцип работы, электромагнитные процессы.

13. Элементы электроники. Полупроводниковые приборы с одним p-n переходом. Диоды. Выпрямители синусоидального тока. Схемы, характеристики, применение.

14. Тиристоры. Тиры, свойства, характеристики. Управляемый выпрямитель. Схема, характеристики, применение.

15. Транзисторы. Биполярные транзисторы. Типы, свойства, схемы включения, характеристики. Усилители переменного напряжения. УПТ. УМ. ИУ. ОУ. Схемы, свойства, характеристики. Полевые транзисторы*.

16. Электрические машины. Эл. машины постоянного тока. Общие понятия, типы, принцип работы, свойства, характеристики, применение.

17. Асинхронные эл. двигатели. Общие понятия, типы, принцип работы, свойства, характеристики, применение. Синхронные и специальные эл. машины*.

Примечание. Звездочками обозначены темы, изучение которых не является обязательным для подготовки бакалавров. По этим темам могут быть прочитаны лекции и проведены практические занятия при подготовке магистров, а также по желанию студентов могут быть прочитаны факультативные лекции и организованны коллективные и индивидуальные консультации.

Порядок и методы изучения дисциплины

Дисциплина «Электротехника и электроника» изучается в 5 семестре. Учебный план отводит на изучение этой дисциплины 153 часа: из них 68 часов аудиторных занятий и 85 часов – самостоятельной работы студентов Студенты выполняют одно расчетно-графическое задание (РГЗ) и две контрольные работы (КР). По окончании семестра рейтинговый экзамен.

При изучении дисциплины используются следующие принципы и методы обучения:

- модульность - деление курса на самостоятельные, но в то же время, взаимосвязанные части;

- практическая направленность;

- использование проблемного, рейтингового метода обучения на практических и лабораторных занятиях;

- обеспечение высокой степени самостоятельности студента при изучении модулей курса;

- ритмичность изучения курса (достигается использованием рейтинговой системы).

 

Календарно-тематический план

Модули №	Темы (недели изучения)	Упражнения (недели)	Лабораторные работы (недели)	РГЗ, КР (недели)
	Введение и цепи постоянного тока (1–2).	1 занятие (1)	№1 (1)	РГЗ выдача (2)
	Методы расчета цепей постоянного тока (3-5)	2 занятия (3,5)	№2 (3)	Контроль РГЗ 1-й части (5)
	Цепи переменного тока методы расчета (6-9)	3 занятия (6-13)	№3, №4	Контроль РГЗ 2-й части (9)
	Трехфазные цепи (10-11)	2 занятие (15,17)	Защита цикла
	Трансформаторы (12)
	Элементы электроники (13-15)		№1, №5	Сдача (13) Защита (14)
	Электрические машины (16,17)		Защита цикла	КР №1, №2 (16-17)

 

Подсчет баллов для определения суммарного рейтинга (R ∑) и итоговой оценки за семестр при максимальной оценке “ 5 ”, числе работ, соответствующего вида “ n ” и весо­вом показателе “ k ” производится согласно таблицы 1 и таблицы 2, где максимальный рейтинг вида работы R _{i max} = 5 * n * k (баллы).

 

 

Таблица 1

Вид работы	n	k	(Ri max) (баллы)
Рейтинговые задачи на практических занятиях.
Лабораторные работы		0.6
РГЗ
Экзамен (коллоквиум по прикладной части курса)
Итого:

 

Примечание:

 

 

1. Студент может получить в течение семестра дополнительные баллы:

· за оригинальность выполнения заданий, при минимальном времени исполнения;

· за обстоятельность ответов;

· за качество решений задач и выполнения РГЗ (с использованием компьютера);

· за участие в олимпиаде;

· за качество конспекта лекций;

· за полезную активность на всех видах занятий.

2. Выполнение всех без исключения лабораторных работ, расчетно-графического задания, контрольных работ являются обязательным.

Таблица 2

Контрольные работы

Контрольные работы №1 и №2 выполняются по темам модулей 5, 6, 7 (прикладной части дисциплины) на зачетном занятии группы. Вопросы по контрольной работе выдаются персонально каждому студенту.

 

Список вопросов по КР

 

Трансформаторы

 

1. Трансформаторы (Т). Типы, виды, назначение Т. Классификация Т по различным признакам.

2..Конструкция однофазных и трехфазных Т.

3. Электромагнитные процессы в однофазных Т. Принцип работы, параметры, коэффициент трансформации.

4. Векторная диаграмма и схема замещения Т.

5. Экспериментальное определение параметров схемы замещения Т

6. Потери энергии и нагрев Т. Диаграмма потерь. КПД.

7. Параллельная работа Т.

8. Автотрансформаторы.

 

Электрические машины постоянного тока

 

1. Электрические машины постоянного тока (МПТ). Применение.

2. Элементы конструкции, принцип действия МПТ.

3. Генераторный и двигательный режимы. Электромагнитный момент.

4. Классификация МПТ по способу возбуждения.

5. Тормозные режимы МПТ.

6. Двигатели постоянного тока (ДПТ). Виды.

7. Способы пуска и регулирования скорости ДПТ.

8. ДПТ параллельного, независимого возбуждения. Схемы включения, работа, характеристики, применение.

9. ДПТ последовательного и смешанного возбуждения. Схемы включения, работа, характеристики, применение.

 

Асинхронные электродвигатели

 

1. Асинхронные электродвигатели (АД). Элементы конструкции. Типы.

2. Устройство и принцип действия 3-х фазного АД. Скольжение.

3. Механические характеристики АД.

4. Тормозные режимы АД.

5. Способы пуска АД.

6. Способы регулирования скорости АД.

7. Активная мощность и КПД АД.

8. Частотное регулирование скорости АД.

 

Элементы электроники

 

1. Выпрямители синусоидального тока. Структурная схема.

2. Нулевая однофазная схема выпрямления. Принцип работы, графики.

3. Мостовая однофазная схема выпрямления. Принцип работы, графики.

4. Нулевая трехфазная схема выпрямления. Принцип работы, графики.

5. Мостовая трехфазная схема выпрямления. Принцип работы, графики.

6. Тиристоры. Типы. Принцип работы, характеристики.

7. Управляемый однофазный выпрямитель на тиристорах. Схема, принцип работы, графики, свойства.

8. Биполярные транзисторы (БТ). Устройство, принцип действия, характеристики.

9. Схемы включения БТ. Схема с общей базой.

10. Схемы включения БТ. Схема с общим эмиттером.

11. Температурный дрейф характеристик БТ в схеме с общей базой.

12. Температурный дрейф характеристик БТ в с общим эмиттером.

13. Усилитель синусоидального напряжения на БТ. Схема. Назначение элементов схемы.

14. Усилитель синусоидального напряжения на БТ. Схема принцип работы, характеристики, применение.

15. Усилитель синусоидального напряжения на БТ. Температурная стабилизация усилителя. Вывод уравнения отрицательной обратной связи.

16. Ключевой режим БТ. Схема, принцип работы, характеристики применение.

17. Усилитель напряжения с RC связью на БТ. Схема принцип работы, характеристики, применение.

18. Усилитель напряжения с RC связью на БТ интегральной микросхеме. Схема принцип работы, характеристики, применение.

19. Усилитель постоянного тока на БТ. Схема принцип работы, характеристики, применение.

20. Операционные усилители. Типы, схемы назначение.

21. Избирательный усилитель с RC- фильтром. Схема принцип работы, характеристики, применение.

22. Избирательный усилитель с LC- фильтром. Схема принцип работы, характеристики, применение.

23. Избирательный усилитель с трансформаторным выходом. Схема принцип работы, характеристики, применение.

 

Приложение 1:

Методические указанияк выполнению расчетно-графического заданияпо дисц. "Электротехника и электроника" в редакторе Mathcad. (на примере РГЗ - 4801)   Расчет эл. цепи постоянного тока методом узловых потенциалов Исходные данные:

Обозначим:

Решение:

Система уравнений: = -E2 - * + *( + + ) - * - * = 0 - * + *(2* + ) - * - * = 0 = 0 - * - * - *2* + *(3* + ) = E1*

Составим матрицы проводимостей и токов:

Обозначим строки матрицы результата через потенциалы узлов и извлечем последние из матрицы:

Потенциалы:

 

 

 

Расчет токов с помощью 2-го закона Кирхгофа:

Расчет тока IE2 с помощью 1-го закона Кирхгофа:

Результат:

Проверка по уравнению баланса мощности:

Потенциальную диаграмму можно построить в графическом редакторе Windows и перенести через буфер обмена на рабочий лист.

Размерности параметров: R-[Om], U-[B], I-[A],P-[Вт]

 

 

 

Приложение 2:

Методические указанияк выполнению расчетно-графического заданияпо дисц. "Электротехника и электроника" в редакторе Mathcad 13Pro.   Расчет эл. цепи постоянного тока методом эквивалентного генератора (на примере РГЗ - 4801) Исходные данные:

Обозначим:

Расчет тока IE1:

Система уравнений: = -E2 - * + *( + + )- * - * = 0 - * + *(2* + ) - * - * = 0 = 0 - * - * - * + *(2* + ) = 0

Расчет Uxx: Uxx = E1 - (Ф5 - Ф4) По системе уравнений составим матрицы проводимостей и токов для расчета потенциала ф5:

Обозначим строки матрицы результата через потенциалы узлов и извлечем последние из матрицы:

Расчет эквивалентного сопротивления (RЭ):

Произведем преобразование схемы и определим эквивалентное сопротивление по месту разрыва в ветви с Е1.

Эквивалентное сопротивление:

Искомый ток:

Размерности параметров: R-[Om], U-[B], I-[A], P-[Вт]

RЭ =154.348 Ом

 

IE1 = 0.775 A

Приложение 3:

Методические указанияк выполнению расчетно-графического задания по дисц. "Электротехника и электроника" в редакторе Mathcad 2000Pro. На примере РГЗ - 4801.   Расчет эл.цепи синусоидального тока методом контурных токов Исходные данные:

Преобразуем эл. схему к 3-х ячеистому виду

Сопротивления для контуров:

Система уравнений по методу контурных токов:   J1*ZK1 = E2 J2*ZK2 -J3*ZD1= -E1-E2 J3*ZK3 - J2*ZD1= E1

Решение системы уравнений (матрицы сопротивлений и напряжений):

Обозначим строки матрицы результата через соответствующие контурные токи и извлечем последние из матрицы.

Расчет реальных токов:

Проверка по уравнению баланса мощности:

Формирование графика векторов токов.

Размерности параметров: Z-[Om], U-[B], I-[A], L-[Гн], C-[мкФ], S-[BA], P-[Вт]

Приложение 4. Оформление титульного листаотчета. ( Образец)

 

Министерство образования и науки

Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Общей электротехники

Расчетно-графическое задание

И синусоидального токов

 

Выполнил:

 

Студент (фамилия, инициалы) ________________

Группа ________________

Факультет ________

 

Дата сдачи _____________ Срок сдачи _____________

 

Проверил:

Преподаватель

(уч. звание, фамилия, инициалы) ____________________________________

 

 

Рейтинг:

Выполнение ___________

Защита ___________

Итого ___________

 

 

Новосибирск

год

Приложение 5. Оформление первого листа отчета.(Образец)

 

 

Вариант №

 

 

Первая часть

 

Аудиторные занятия 68 час.

Лекции 34 час.

Практические занятия 17 час.

Лабораторные занятия 17 час.

 

Самостоятельная работа 85 час.

Расчетно-графическая работа 20 час.

Контрольные работы (две) 10 час.

Подготовка к лабораторным работам 20 час.

Подготовка к практическим занятиям 20 час.

Индивидуальная работа 15 час.

 

Общий объем на дисциплину 153 час.

 

Рекомендуемая литература

Основная

 

1. Электротехника и электроника. Кн.1 Электрические и магнитные цепи. Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1996.

2. Электротехника и электроника. Кн.2 Электромагнитные устройства и электрические машины. Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1997.

3. Электротехника и электроника. Кн.3 Электрические измерения и основы электроники. Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоиздат, 1998.

4. Сборник задач по электротехнике. Под ред. В.Г. Герасимова - М.: ВШ. 1982.

5. Электротехника и электроника Методическое руководство лабораторным работам. Часть 1, НГТУ, Новосибирск, 1996,

6. Электротехника, электроника, электропривод станков, электрические машины и основы электропривода. Методическое руководство лабораторным работам. НГТУ, Новосибирск, 1989.

7. Основы промышленной электроники. Методическое руководство лабораторным работам. НГТУ, Новосибирск, 1990.

 

Дополнительная

 

1. Электротехника. Под ред. В.Г.Герасимова. М.: ВШ. – 1985.

2. Ф.М. Юферов Электрические машины автоматических устройств. Учебник для вузов. «Высш. школа», 1976

3. Специальные электрические машины. Под ред. А.И. Бертинова. – М., Энергоиздат, 1982.

 

 

Составил: проф., д.т.н. В.И. Полевский

 

 

Утвердил: зав. каф., проф., д.т.н. А.В. Сапсалев

 

Согласовано:

декан ФЛА, проф., д.т.н. К.А. Матвеев

 

Кафедра Общей электротехники