Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности: Т

Вид материала

Методические указания

Содержание Н.И. Воронова Пояснительная записка Содержание учебной дисциплины Таблица 1 Таблица вариантов контрольной работы № 1, № 2, № 3 Задачи №№ 1-10 Задача № 11-20 Задачи №№ 31-40 Задачи №№ 41-45 Задачи №№ 46-50 Методические указания A. Подставляя значение I3 = 4,8 А в уравнения (б) и (в), определяем два других тока цепи:I При параллельном соединении m аккумуляторов 9A. Электромагнитная сила, действующая на проводник: F Перечень лабораторных работ Перечень практических занятий Вопросы для самопроверки при Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц Алфавитный список некоторых несистемных величин

Подобный материал:

• Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 965.28kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 643.86kb.
• Егорова Олеся Валерьевна методические указания, 555.32kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 177.26kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 163.52kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов заочников образовательных, 369.95kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов- заочников, экстерната образовательных, 211.24kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 956.79kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов -заочников образовательных, 815.61kb.
• Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных, 955.58kb.

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Московский колледж железнодорожного транспорта

5

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования по специальности:

Т
1707
ЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Москва 2006



Методические указания составле­ны в соответствии с примерной (рабочей) программой по дисцип­лине «Электротехника и электро­ника» для специальности 1707 ГОС СПО 2002 года

ОДОБРЕНО предметной (цикловой) комиссией специальности 1707 «Техниче­ская эксплуатация подвижного состава железных дорог»



Заместитель директора МКЖТ по учебной работе

Н.И. Воронова

Автор: Семенова Н.А. - преподаватель МКЖТ


-преподаватель МКЖТ

Берилло Г.М. Мельников А.Ф.

Редактор: Рецензент:
Соколова Г.П. - преподаватель МКЖТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Дисциплина «Электротехника и электроника» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содер­жания и уровню подготовки выпускников по специальности 1707 Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог.

Дисциплина «Электротехника и электроника» является тео­ретической основой для усвоения специальных дисциплин: «Элек­трические машины», «Электропривод и преобразователи подвиж­ного состава» и «Электрические аппараты и цепи электроподвиж­ного состава» по специальности 1707.01, «Электрические аппара­ты и цепи тепловозов и дизель-поездов» по специальности 1707.02, «Электрические аппараты и цепи вагонов» по специали­зации 1707.03.

Дисциплина «Электротехника и электроника» является об­щепрофессиональной.

Рабочей программой предусматривается изучение физиче­ских процессов, происходящих в цепях постоянного и переменно­го тока и законов, которым подчинены эти процессы, методов рас­чета электрических цепей, устройства измерительных приборов и методики электрических цепей, устройства электроизмерительных приборов и методики электрических измерений, устройства и принципа действия полупроводниковых приборов.

В результате изучения дисциплины студент

должен знать:

- сущность физических процессов, протекающих в элек­трических и магнитных цепях, построение электрических цепей, порядок расчета их параметров;

- способы включения электроизмерительных приборов и методы измерений электрических величин;

- принципы, лежащие в основе электронной теории;

должен уметь:

- собирать электрические цепи, выбирать электроизмери­тельные приборы, определять параметры электрических цепей; исследовать характеристики и работу полупро­водниковых приборов.

При изложении материала необходимо соблюдать единство терминологии, обозначений, единиц измерений в соответствии с действующими стандартами. Методы обучения следует выбирать в зависимости от объема и сложности дидактических единиц дис­циплины, а так же от уровня обеспеченности образовательного учреждения необходимым оборудованием, техническими (аудио­визуальными, компьютерными и телекоммуникационными) сред­ствами.

Методика изучения дисциплины строится на основе сочета­ния теоретического и практического материалов, поэтому темати­ческий план предусматривает проведение лабораторных и практи­ческих занятий, количество и перечень которых определяется учебным планом образовательного учреждения.

В содержании дисциплины «Электротехника и электроника» по каждой теме приведены требования к формируемым представ­лениям, знаниям и умениям.

В процессе преподавания особое внимание необходимо уде­лять самостоятельной работе студента, которая может быть орга­низована на аудиторных занятиях и во внеурочное время. Плани­рование самостоятельной работы предполагает постепенный пере­ход от относительно простых к более сложным видам заданий, что способствует освоению студентами новых знаний и умений.

Данная дисциплина изучается студентами на 3 и 4 курсах.

По мере изучения материала на каждом курсе студент дол­жен сделать контрольные работы.

Желательно, чтобы после проработки соответствующего раз­дела программы была решена задача из контрольной работы. Это будет способствовать лучшему усвоению дисциплины.

Если учебным планом образовательного учреждения пре­дусмотрено выполнение 3 контрольных работ, то на 3 курсе выполняется две контрольные работы, на 4 курсе - только одна. Вариант выбирается по табл. 1.

После выполнения контрольных, лабораторных работ и прак­тических занятий на 3 и 4 курсах в сроки, предусмотренные учеб­ным графиком, для проверки знаний студентов проводится экза­мен по дисциплине «Электротехника и электроника», т.е. всего два экзамена.

При подготовке к экзаменам студентам рекомендуется отве­тить на вопросы для самопроверки при подготовке к экзаменам, приведенные в данной брошюре.

К экзаменам допускаются студенты, получившие зачет по контрольным работам, лабораторным работам и практическим за­нятиям на соответствующем курсе.

Общие указания к выполнению и оформлению контрольных работ

1. К выполнению контрольной работы студент должен при­ступить только после изучения теоретического материа­ла.
   
2. Каждая контрольная работа должна быть выполнена в срок, указанный в учебном графике.
   
3. Студент должен выполнить контрольную работу по оп­ределенному варианту в соответствии со своим шифром.
   
4. Каждая контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клетку; условия задач переписываются полно­стью.
   
5. Студент должен изучить условие задачи, уяснить, какие величины являются заданными и какие искомыми, и сде­лать краткую запись условия задачи.
   
6. Следует составить и вычертить электрическую схему, со­ответствующую условию задачи, показать на ней все за­данные и искомые величины. Схемы, векторные диа­граммы и графики должны выполняться карандашом с применением чертежных инструментов. При выполнении схем следует пользоваться условными графическими обозначениями, установленными ГОСТами.
   
7. Решение задач необходимо сопровождать краткими и четкими пояснениями.
   
8. Вычисление следует производить с необходимой точно­стью до двух знаков после запятой.
   
9. Обозначение электрических величин в тексте, в форму­лах, на векторных диаграммах и на электрических схемах должны быть одинаковыми и соответствовать ГОСТу.
   
10. При решении задач следует пользоваться Международ­ной системой единиц СИ. Буквенные обозначения единиц измерения ставятся только после окончательного резуль­тата и в скобки не заключаются, например, 10 А; 380 В; 660 Вт.
    
11. Векторные диаграммы должны быть построены в мас­штабе на миллиметровой бумаге или на бумаге в клетку. Принятые масштабы должны быть указаны.
    
12. В конце контрольной работы необходимо привести спи­сок используемой литературы, поставить подпись и дату ее выполнения.
    
13. После получения контрольной работы с оценкой и заме­чаниями преподавателя студенту следует повторить не­достаточно усвоенный материал и исправить отмеченные ошибки. Все исправления следует выполнить не в тексте контрольной работы, а в конце тетради, указав номера задач.
    

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Электрическая энергия, ее свойства, преимущества и область применения. История развития электротехники. Задачи и значение дисциплины «Электротехника и электроника» для специальности 1707 Техническая эксплуатация подвижного состава железных до­рог.

Раздел 1 Электрическое поле

Тема 1.1 Основные понятия

Электронная теория строения вещества. Электрическое поле, его изображение. Характеристика электрического поля. Закон Ку­лона. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Тема 1.2 Электрическая емкость и конденсаторы

Электрическая емкость, единицы измерения емкости. Кон­денсаторы, их виды и графическое изображение, обозначение на схемах. Расчет батарей конденсаторов. Емкость плоского конден­сатора.

Последовательное, параллельное и смешанное соединение конденсаторов. Энергия электрического поля.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- характеристики электрического поля, их физический смысл;

- назначение конденсаторов их условное обозначение;

- законы последовательного, параллельного и смешанного соединения в батарею конденсаторов.

должен уметь:

- рассчитывать батареи конденсаторов, определять эквива­лентную емкость и распределение напряжения.

Раздел 2 Электрические цепи постоянного тока

Тема 2.1 Электрический ток, сопротивление, проводи­мость

Электрический ток, условия его возникновения, единицы из­мерения. Направление тока, плотность тока.

Электрическое сопротивление и проводимость, единицы их измерения. Зависимость сопротивления от длины проводника, его сечения и материала. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Резисторы, реостаты и потенциометры.

Электродвижущая сила источников электрической энергии. Электрическая цепь и ее основные элементы. Закон Ома.

Тема 2.2 Электрическая энергия и мощность

Электрическая энергия и мощность источника, единицы их измерения. Мощность потребителей, мощность потерь. Баланс мощности. Электрический КПД.

Тема 2.3 Расчет электрических цепей постоянного тока

Последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов. Эквивалентное сопротивление. Законы Кирхгофа.

Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Практическое использование теплового действия электрического тока. Потеря напряжения в проводах и линиях электропередачи. Расчет сечения проводов по допустимой потере напряжения. Защита проводов от перегрузки.

Сложные электрические цепи. Расчет сложной цепи методом уравнений Кирхгофа и узлового напряжения. Общие сведения о химических источниках электрической энергии. Последователь­ное, параллельное и смешанное соединение химических источни­ков в батареях.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- физическую сущность процессов в цепях постоянного тока;

- основные законы цепей постоянного тока;

- элементы электрических цепей, их изображение на схе­мах и назначение;

- законы последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов, химических источников тока;

должен уметь:

- выполнять измерения и расчеты основных параметров электрических цепей постоянного тока;

- определять эквивалентное сопротивление цепи;

- включать электроизмерительные приборы в электриче­скую цепь;

- рассчитывать батарею химических элементов.

Раздел 3 Электромагнетизм

Тема 3.1 Магнитное поле постоянного тока

Магнитное поле электрического тока, силовые линии маг­нитного поля.

Правило буравчика. Напряженность магнитного поля, маг­нитная индукция, магнитный поток, единицы их измерения.

Действие магнитного поля на проводник с током. Электро­магнитная сила. Принцип действия электрического двигателя по­стоянного тока.

Тема 3.2 Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции в замкнутом контуре, катушке, прямолинейном проводнике. Величина и направление ЭДС индукции, правило Ленца, правила левой и правой руки. Потокосцепление. Основной закон электромагнитной индукции. Вихревые токи, их отрицательное действие, способы уменьшения и практическое использование.

Явление самоиндукции, величина ЭДС самоиндукции. Ин­дуктивность, единицы ее измерения. Явление взаимоиндукции, величина ЭДС взаимоиндукции. Принцип действия трансформа­тора.

Тема 3.3 Магнитные цепи

Намагничивание ферромагнетиков, кривые первоначального намагничивания. Явление гистерезиса.

Магнитная цепь разветвленная и неразветвленная. Понятие о расчете магнитной цепи.

В результате изучения раздела студент

должен иметь представление:

- о расчете магнитных цепей;

должен знать:

- условия существования магнитного поля, его характери­стики, правила для определения направления магнитного поля;

- поведение проводника в магнитном поле; принцип действия электрического генератора и транс­форматора;

должен уметь:

- рассчитывать электромагнитную силу, действующую на проводник с током и указывать ее направление;

- пользоваться правилом буравчика, правилами левой и правой руки;

- рассчитывать ЭДС в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, определять направление этой ЭДС.

Раздел 4 Электрические цепи однофазного переменного тока

Тема 4.1 Синусоидальный электрический ток

Определение переменного тока. Получение синусоидально изменяющейся ЭДС.

Уравнение мгновенных значений для синусоидально изме­няющейся ЭДС.

Графики переменного тока. Мгновенное и действующее зна­чение переменного тока. Амплитуда, период, частота и единицы их измерения.

Графическое изображение синусоидальных величин при по­мощи временной и векторной диаграмм. Фаза, начальная фаза, угол сдвига фаз.

Тема 4.2 Линейные электрические цепи синусоидального тока

Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и цикличностью

Элементы электрических цепей переменного тока: резисто­ры, катушки индуктивности, конденсаторы. Сопротивление, ин­дуктивность и емкость - параметры электрических цепей пере­менного тока. Явление поверхностного эффекта.

Цепь с активным сопротивлением. Временная и векторная диаграммы тока и напряжения. Закон Ома. Мгновенная и средняя мощность.

Цепи с индуктивностью. Временная и векторная диаграммы. Уравнения тока, магнитного потока, напряжения и ЭДС самоин­дукции. Индуктивное сопротивление и его физический смысл. За­кон Ома. Графики мгновенной мощности. Энергетический процесс в данной цепи. Реактивная мощность и единицы ее измерения.

Цепь с емкостью. Понятие о процессе заряда и разряда кон­денсатора. Временная и векторная диаграммы тока и напряжения. Причины прохождения тока в данной цепи. Уравнение мгновен­ных значений тока и напряжения. Емкостное сопротивление и его физический смысл. Закон Ома. Графики мгновенной мощности. Энергетический процесс в данной цепи. Реактивная мощность.

Неразветвленные цепи синусоидального тока

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью; цепь с активным сопротивлением и емкостью; цепь с активным сопро­тивлением, индуктивностью и емкостью при различных значениях величин реактивных сопротивлений. Уравнение мгновенных зна­чений тока и напряжения. Временная и векторная диаграммы це­пи. Треугольник напряжений и сопротивлений. Закон Ома. Тре­угольник мощностей. Активная, реактивная и полная мощности, коэффициент мощности.

Разветвленные цепи синусоидального тока

Цепь с параллельным соединением катушек индуктивности. Активная и реактивная составляющие токов. Определение коэффициента мощности, величины тока, активной, реактивной и пол­ной мощности.

Общий случай цепи с параллельными ветвями. Конденсатор с потерями.

Тема 4.3 Резонанс в электрических цепях

Резонанс напряжений и токов: условия возникновения, осо­бенности, векторные диаграммы, треугольники сопротивлений и мощности.

Практическое использование резонансных явлений.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- физическую сущность процесса получения переменного тока;

- основные величины, характеризующие переменный ток;

- построение временных и векторных диаграмм;

- электромагнитные явления в цепях переменного тока, возможности их практического применения;

- коэффициент мощности, его технико-экономическое зна­чение, способы повышения;

должен уметь:

- рассчитывать цепи переменного тока с построением вре­менных и векторных диаграмм.

Раздел 5 Электрические цепи трехфазного переменного тока

Получение трехфазной симметричной системы ЭДС. Вре­менная и векторная диаграммы. Соединение обмоток трехфазного генератора «звездой» и «треугольником». Векторные диаграммы напряжений. Соотношения между' линейным и фазным напряже­ниями.

Соединение потребителей энергии «звездой». Трех- и четы­рех проводная системы цепей. Векторные диаграммы напряжений при симметричном и несимметричном режимах. Значение нулево­го провода.

Соединение потребителей энергии «треугольником». Опре­деление фазных и линейных токов при симметричном и несиммет­ричном режимах работы.

Вращающееся магнитное поле трехфазной системы. Принцип действия асинхронного двигателя.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- преимущества трехфазного тока перед однофазным;

- соединение обмоток генератора и потребителя «звездой» и «треугольником»;

- роль нулевого провода;

- принцип действия асинхронного двигателя;

должен уметь:

- производить расчеты симметричных и несимметричных трехфазных цепей, измерять их параметры.

Раздел 6 Цепи несинусоидального тока

Причины возникновения несинусоидальных токов.

Сложение несинусоидальных величин разной частоты на временной диаграмме. Выражение сложной периодической кривой при помощи ряда Фурье. Разложение периодических кривых на гармоники.

Действующее значение несинусоидального тока и напряже­ния. Расчет цепей с несинусоидальным напряжением.

Фильтры, их классификация.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- причины возникновения несинусоидальных токов;

- разложение периодических кривых на гармоники;

- устройство и назначение электрических фильтров.

должен уметь:

- рассчитывать простые электрические схемы несинусои­дальных токов.

Раздел 7 Электрические измерения

Тема 7.1 Основы метрологии

Классификация методов измерений. Погрешности измерений и приборов. Классификация электроизмерительных приборов и их маркировка. Общие детали приборов. Проверка приборов.

Тема 7.2 Измерительные приборы

Устройство и принцип работы приборов магнитоэлектриче­ской, электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем. Расширение пределов измерения приборов магнито­электрической системы.

Тема 7.3 Измерение электрических сопротивлений

Классификация электрических сопротивлений по величине и методике измерений. Измерение малых, средних и больших со­противлений косвенным методом. Измерение сопротивлений мос­тами и омметром.

Тема 7.4 Измерение мощности и энергии

Измерение мощности в цепи постоянного и переменного од­нофазного токов.

Измерение активной мощности в цепях трехфазного тока од­ним, двумя и тремя ваттметрами.

Измерение энергии в цепях переменного тока.

Однофазный индуктивный счетчик.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- классификацию методов измерения, погрешности и маркировку приборов;

- конструкцию электроизмерительных приборов, принцип действия и характеристики;

- способы измерения сопротивлений проводников;

- принцип действия счетчика и ваттметра, схемы их включения для выполнения измерений в электрической

цепи;

должен уметь:

- производить измерения в электрических цепях с помо­щью приборов непосредственной оценкой;

- определять погрешности измерений;

- подключать счетчики и ваттметры для выполнения из­мерений.

Раздел 8 Электроника

Тема 8.1 Физические основы электроники

Физические свойства полупроводников. Распределение элек­тронов в полупроводниках по энергетическим уровням. Виды проводимостей.

Тема 8.2 Полупроводниковые приборы

Электронно-дырочный переход и его свойства. Полупровод­никовые диоды. Устройство, назначение и классификация диодов. Вольт-амперная характеристика диода. Силовые диоды. Марки­ровка диодов.

Общие сведения о транзисторах. Устройство, принцип дейст­вия, назначение и классификация транзисторов. Схемы включения, параметры и характеристики транзисторов.

Общие сведения о тиристорах. Устройство и принцип дейст­вия тиристора. Назначение.

Тема 8.3 Основы микроэлектроники

Общие сведения о технологии изготовления микросхем. Осо­бенности изготовления микросхем. Особенности изготовления по­лупроводниковых микросхем. Изготовление транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов. Методы изоляции элементов.

Общие сведения о гибридных интегральных микросхемах.

Тема 8.4 Логические операции в схемах

Основные виды схемных элементов и логических операций. Символическая запись логических операций.

Диодно-резисторные схемы логических элементов.

Транзисторно-резисторные схемы логических элементов.

Тема 8.5 Электронные устройства автоматики и вычис­лительной техники

Электрические датчики: реостатные, угольные, индуктивные, емкостные, термосопротивления. Датчики давления: сильфонные, магнитоупругие, пьезоэлектрические. Сельсины. Примеры приме­нения датчиков на подвижном составе.

Двоичная система счисления. Операции над двоичными чис­лами. Блок-схема электронно-вычислительной машины.

В результате изучения раздела студент

должен знать:

- устройства, принцип действия и применение диодов, транзисторов, тиристоров;

- устройство, работу и практическое применение датчи­ков на подвижном составе;

должен уметь:

- объяснять свойства полупроводников, сущность распо­ложения электронов, работу перехода электронов, раз­личать диоды по конструктивным особенностям;

- подключать к электрической цепи сельсины.