Рабочая программа учебной дисциплины "электротехника и электроника" Цикл

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Часть цикла
Часов (всего) по учебному плану
18 час самостоят. работы
1. Цели и задачи освоения дисциплины
2. Место дисциплины в структуре ооп впо
3. Результаты освоения дисциплины
4. Структура и содержание дисциплины
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.2. Практические занятия
4.3. Лабораторные работы
4.4. Расчетные задания
5. Образовательные технологии
Практические занятия
Самостоятельная работа
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.2. Электронные образовательные ресурсы
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
8.2. Лаборатория электрических цепей и электрических машин.
Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
____________________________________________________________________
_______________________________________


Направление подготовки: 151600 Прикладная механика

Профиль(и) подготовки: Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА"



Цикл:

Математический и естественно-научный




Часть цикла:

вариативная




дисциплины по учебному плану:

ЭнМИ; Б2.10




Часов (всего) по учебному плану:

144




Трудоемкость в зачетных единицах:

4

4 семестр – 4

Лекции

36 час

4 семестр

Практические занятия

18 час

4 семестр

Лабораторные работы

18 час

4 семестр

Расчетные задания, рефераты

18 час самостоят. работы

4 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

72 час




Экзамены




4 семестр

Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрены






Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является освоение методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей, электронных устройств, ознакомление с принципами действия электрических машин.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
  • понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-10);
  • разрабатывать математические модели составных частей объектов профессиональной деятельности (ПК-1);
  • разрабатывать макеты электронных модулей мехатронных и робототехнических систем (ПК-2);
  • вести расчеты электрических цепей аналоговых и цифровых электронных устройств (ПК-3);
  • разрабатывать конструкторскую проектную документацию электрических узлов мехатронных и робототехнических систем (ПК-4).

Задачами дисциплины являются:
  • изучение методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей;
  • освоение современных методов и средств анализа и расчета цепей;
  • изучение магнитного поля и его проявления в различных технических устройствах.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю " Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры" направления 151600 Прикладная механика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Высшая математика", "Физика" и "Теоретическая механика".

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Электронные устройства мехатронных и робототехнических систем", "Теория автоматического управления", "Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике", "Электропривод мехатронных и робототехнических устройств" и "Метрология, стандартизация и сертификация".

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:
  • современные средства моделирования электротехнических устройств (ОК-10);
  • основные методы анализа и расчета электрических и магнитных цепей в установившемся и динамическом режиме (ПК-10);
  • устройство, принцип действия, основные области применения основных электротехнических устройств (ПК-1);
  • принцип построения электроприводов (ПК-1);
  • принцип действия электроизмерительных приборов (ПК-1, ПК-5).

Уметь:
  • самостоятельно разбираться в методиках расчета и применять их для решения поставленной задачи (ОК-1, ОК-9, ПК-1);
  • проводить расчет однофазных, трехфазных, нелинейных электрических цепей, электрических машин постоянного и переменного тока (ПК-3);
  • проводить расчеты переходных процессов электрических цепей (ПК-3);
  • разрабатывать математические модели электрических устройств для проверки принципа действия (ПК-1, ПК-3);
  • разрабатывать конструкторскую и проектную документацию электрических узлов мехатронных и робототехнических систем (ПК-4).

Владеть:
  • методиками расчета электрических и магнитных цепей при решении различных инженерных задач (ПК-1);
  • навыками проведения электроизмерений (ПК-2).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 4 зачётных единицы, 144 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоёмкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Термины и определения. Основные законы электротехники.

4

4

2







2

Устный опрос

2

Анализ электрических цепей постоянного тока в установившемся режиме

18

4

4

4

4

6

Расчетное задание; защита лабораторной работы; самостоятельная работа

3

Анализ однофазных электрических цепей синусоидального тока

20

4

6

4

4

6

Расчетное задание; защита лабораторной работы; самостоятельная работа

4

Трехфазные цепи

10

4

4

2

2

2

Тест: трехфазные цепи

5

Нелинейные электрические цепи

6

4

2

2




2

Самостоятельная работа

6

Несинусоидальные воздействия в электрических цепях

6

4

2

2




2

Индивидуальное домашнее задание

7

Переходные процессы в электрических цепях

4

4

2







2

Тест: переходные процессы

8

Магнитные цепи. Трансформаторы

4

4

2







2

Устный опрос

9

Электрические машины постоянного тока

14

4

4

2

4

4

Расчетное задание; защита лабораторной работы

10

Электрические машины переменного тока

16

4

6

2

4

4

Расчетное задание; защита лабораторной работы

11

Принципы построения электроприводов

4

4

2







2

Устный опрос































Зачет

2

4

--

--

--

2

Контрольный опрос




Экзамен

36

4

--

--

--

36

устный




Итого:

144




36

18

18

72






4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1.Термины и определения. Основные законы электротехники

Основные определения электрических цепей. Основные пассивные элементы. Электрические цепи постоянного тока. Источники и их схемы замещения. Основные режимы работы электрических цепей. Топология электрических схем. Основные законы электрических цепей. Приборы для измерения электрических величин. Погрешности измерения электрических величин.

2. Анализ электрических цепей постоянного тока в установившемся режиме

Эквивалентные преобразования. Анализ цепей с одним источником питания методом свертывания. Анализ цепей с одним источником методом пропорциональным величин. Анализ цепей постоянного тока с применением законов Кирхгофа. Анализ цепей постоянного тока методом свертывания. Метод эквивалентного активного двухполюсника. Анализ цепей постоянного тока методом суперпозиций. Метод контурных токов. Анализ цепей постоянного тока методом междуузлового напряжения. Энергетический баланс в электрических цепях.

3.Анализ однофазных электрических цепей синусоидального тока

Основные определения для цепей переменного тока. Элементы в цепях синусоидального тока. Применение комплексных чисел для расчета электрических цепей. Комплексное сопротивление. Треугольник сопротивлений. Мощность в цепи синусоидального тока. Применение векторных и топографических диаграмм. Последовательное соединение элементов, резонанс напряжений. Параллельное соединение элементов, резонанс токов. Разветвленные цепи синусоидального тока. Частотные свойства цепей синусоидального тока. Четырехполюсники. Определение Z, Y, H-параметров. Управляемые источники. Схемы замещения четырехполюсников. Фильтры.

4. Трехфазные цепи

Основные определения трехфазных систем. Трехфазные генераторы. Способы соединения фаз трехфазного источника. Способы включения приемников в трехфазную цепь. Анализ четырехпроводной цепи при соединении приемников «звездой». Анализ трехпроводной цепи при соединении приемников «звездой». Анализ трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником». Мощность трехфазных цепей.

5. Нелинейные электрические цепи

Основные определения. Методы расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока. Последовательное и параллельное соединение нелинейных элементов. Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного двухполюсника. Статическое и дифференциальное сопротивления.

Нелинейные элементы в цепях переменного тока. Методы анализа и расчета нелинейных электрических цепей переменного тока. Графический метод расчета. Расчет цепей с помощью линейных схем замещения.

6.Несинусоидальные воздействия в электрических цепях

Причины возникновения несинусоидальных токов. Способы представления периодических несинусоидальных величин. Действующие и средние значения несинусоидальных величин. Анализ линейных электрических цепей несинусоидального тока. Применение метода суперпозиций. Мощность электрических цепей несинусоидального тока.

7.Переходные процессы в электрических цепях

Определение переходных процессов, причины их возникновения. Законы коммутации. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей. Классический метод расчета переходных процессов. Переходные процессы в цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора. Переходные процессы при подключении катушки индуктивности к источнику постоянной ЭДС. Переходные процессы при отключении индуктивной катушки от источника постоянной ЭДС и замыкании ее на резистор.

8. Магнитные цепи. Трансформаторы

Основные величины, характеризующие магнитное поле. Основные характеристики ферромагнитных материалов. Роль ферромагнитных материалов в магнитных цепях. Электромагнитные устройства. Магнитодвижущая сила.

Трансформаторы. Режим холостого хода и режим нагрузки. Уравнения электрического состояния. Векторные диаграммы. Потери энергии в трансформаторе.

9. Электрические машины постоянного тока

Применение машин постоянного тока. Устройство и принцип действия машин постоянного тока. Способы возбуждения. Баланс мощностей в машинах постоянного тока. Основные характеристики генератора постоянного тока – характеристика холостого хода, внешние характеристики, регулировочные характеристики. Пуск двигателей постоянного тока. Свойство саморегулирования двигателя постоянного тока. Основные характеристики двигателя постоянного тока. Способы регулирования частоты вращения.

10. Электрические машины переменного тока

Асинхронные машины. Применение и устройство асинхронных машин. Вращающееся магнитное поле. Принцип действия трехфазных асинхронных двигателей. Свойство саморегулирования в трехфазном асинхронном двигателе. Преобразование энергии в трехфазном асинхронном двигателе. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Рабочие характеристики. Способы регулирования частоты вращения. Пуск асинхронных двигателей.

Синхронные машины. Применение и устройство синхронных машин. Принцип действия синхронного генератора. Работа синхронного генератора в энергосистеме. Принцип действия синхронного двигателя. Пуск синхронных двигателей. Угловые характеристики синхронного двигателя. Регулирование активной мощности. U-образные характеристики синхронного двигателя. Регулирование реактивной мощности. Синхронный компенсатор.

11. Принципы построения электроприводов

Назначение электроприводов. Области применения. Основы механики электроприводов. Статическая устойчивость. Время ускорения и замедления электропривода. Выбор электродвигателя электропривода. Выбор мощности электродвигателя привода.


4.2.2. Практические занятия

4 семестр

Эквивалентные преобразования. Анализ цепей постоянного тока с одним источником питания.

Анализ цепей постоянного тока с несколькими источниками. Метод эквивалентного двухполюсника.

Определение параметров пассивного двухполюсника в цепях синусоидального тока. Связь между мгновенными и комплексными значениями.

Фазосдвигающие и мостовые цепи. Построение топографических диаграмм. Фильтры.

Анализ трехфазных цепей при соединении приемников «звездой».

Анализ электрических цепей с нелинейными элементами.

Несинусоидальные цепи.

Машины постоянного тока.

Трехфазные асинхронные двигатели. Синхронные двигатели.


4.3. Лабораторные работы

4 семестр

№ 1. Вольт-амперные характеристики источников и приемников постоянного тока и их схемы замещения.

№ 2. Последовательное соединение элементов в цепи синусоидального тока.

№ 3. Исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником».

№ 4. Изучение особенностей генераторов постоянного тока.

№ 5. Эксплуатационные особенности трехфазных асинхронных двигателей.


4.4. Расчетные задания

4 семестр

№ 1. Электрические цепи постоянного тока.

№ 2. Однофазные цепи синусоидального тока.

№ 3. Электрические машины постоянного тока.

№ 4. Трехфазные асинхронные двигатели.


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

4 семестр

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием компьютерных презентаций. Часть разбираемого материала сопровождается демонстрациями примеров моделирования электрических цепей.

Практические занятия проводятся в традиционной форме и включают в себя практическое применение теоретического материала.

Лабораторные занятия проводятся с применением пакета ПСУН для персональных компьютеров по разделу курса «Электрические цепи» (авторы Э.В. Кузнецов, О.В. Николаева, П.С. Культиасов).

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, опросам, самостоятельным работам, защитам лабораторных работ, выполнение индивидуальных домашних заданий, расчетных заданий, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются тесты, самостоятельные работы, устный опрос, индивидуальные домашние задания, защиты лабораторных работ.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен (в 4 семестре).

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.


В приложение к диплому вносится оценка за 4 семестр.


7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.1. Электрические и магнитные цепи / В.Герасимов. Э.В. Кузнецов, О.В. Николаева и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 1996. -288 с.: ISBN 5-283-05005-Х

2. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины / В.И. Киселев, А.И. Копылов, Э.В. Кузнецов и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 1997. -272 с.: ISBN 5-283-03006-8 (кн.2)

3. Э.В. Кузнецов, П.С. Культиасов, О.В. Николаева и др. Электрические и магнитные цепи. Лабораторно-практические занятия на стендах с компьютерами по дисциплине «Электротехника и электроника». – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 28 с.

4. О.В. Николаева, В.Б. Соколов, В.Е. Соломенцев. Сборник индивидуальных заданий по курсу «Электротехника и электроника» (линейные электрические цепи). – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 44 с.

5. В.И. Киселев, П.С. Культиасов, Е.И. Рослякова и др. Электрические машины. Лабораторно-практические занятия: методическое пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 16 с.

6. В.И. Киселев, Е.И. Рослякова, И.В. Сильванский. Электрические машины. Сборник индивидуальных заданий. Методическое пособие по курсу «Электротехника и электроника»: М.: Издательство МЭИ, 2002. – 16с.

б) дополнительная литература:

1. Электротехника. Учебник для вузов/ Касаткин А.С., Немцов М.В., Высшая школа, 2002. -532 с.: ISBN 5-06-003595-6.

2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник / Л.А. Бессонов – М.: Гардарики, 2006. – 701 с.: ISBN 5-8297-0159-6.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. MS Office 2003, Visual Studio 2005, Java 2.

2. Сайт дисциплины «Электротехника и электроника» WWW.GET-ETI.RU (со всеми методическими материалами в электронной форме) / Кузнецов Э.В.

б) другие (доступны в локальной сети кафедры):

1. Электронный «Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника»». Часть 1 - «Электрические цепи». (Лекции, упражнения и виртуальные лабораторные работы, самоконтроль в локальной сети кафедры) /Кузнецов Э.В., Киселев В.И., Рослякова Е.И.

2. Электронный «Учебно-методический комплекс «Электротехника и электроника»». Часть 2 - «Электрические машины». (Лекции, упражнения и виртуальные лабораторные работы, самоконтроль) /Кузнецов Э.В., Киселев В.И., Рослякова Е.И.

3. Контрольные Тесты на ПК. Часть 1. «Электрические цепи» /Кузнецов Э.В., Николаева О.В.

4. Контрольные Тесты на ПК. Часть 2. «Электрические машины» /Киселев В.И., Кузнецов Э.В., Рослякова Е.И.

5. Пакет ПСУН для сопровождения 5 лабораторных работ на стендах с ПК по разделу «Электрические цепи» /Кузнецов Э.В., Николаева О.В., Культиасов П.С.

6. Пакет ПСУН - виртуальные лабораторные работы: по разделу «Электрические и магнитные цепи» /Кузнецов Э.В.

7. Пакет ПСУН - виртуальные лабораторные работы: по разделу «Электрические машины» /Киселев В.И., Кузнецов Э.В.

8. Демонстрационные материалы в электронной форме для лекций в поточной аудитории, оборудованной аудиовизуальными средствами. Автор – Куликова Е.А.

9. Пакет ПСУН – Модели электрических машин (двигатель постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель, синхронный двигатель) /Киселев В.И., Кузнецов Э.В.

10. Пакет ПСУН - для анализа свойств электрических и магнитных цепей, электронных схем/Бариева С.Р., Кузнецов Э.В.

11. Программа – калькулятор для инженерных арифметических и алгебраических расчетов, представления графиков зависимостей и векторных диаграмм при изучении дисциплины Электротехника и электроника/Кузнецов Э.В.


8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


8.1. Лекционная аудитория.

В аудитории установлена аудиовизуальная система (компьютер, мультимедийный проектор, экран, радиомикрофон) для чтения лекций.

8.2. Лаборатория электрических цепей и электрических машин.

В лаборатории расположено восемь универсальных учебных стендов, состоящих из двух секций: электрические цепи и электрические машины. В секции электрических цепей установлены элементы для сборки электрических цепей: резисторы, конденсаторы, диоды, индуктивные катушки, измерительные приборы. В секции электрических машин установлены машина постоянного тока, асинхронная и синхронная машины, регулировочные и нагрузочные реостаты, измерительные приборы, стрелочный синхроноскоп. На столе каждого стенда размещен пульт источников питания с вольтметрами, ручками регулировки напряжения и сигнальными лампами. На каждом стенде установлен персональный компьютер.


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 161600 «Прикладная механика» и профилю «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры».


ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

ст. преп. Куликова Е.А.


"СОГЛАСОВАНО":

Зав. кафедрой Теоретической механики и мехатроники

д.т.н. профессор Меркурьев И.В.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Электротехники и интроскопии

к.т.н., профессор Лунин В.П.