Программа дисциплины

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

_________________________________________________________________________

"Утверждаю"

Первый проректор -

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана

________________ Е.Г. Юдин

"____" "____________" 2002 г.

ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА (каф. ФН-7)

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ СПЕЦИАЛЬНОСТИ (Э)

Факультет

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУКИ

Кафедра ФН-7

1. Указание по изучению дисциплины.

Широкое использование электротехнических и электронных устройств в производственной и научной практике инженера - конструктора требует углубления его электротехнической подготовки. Кроме того, электротехнические курсы, такие как «Электротехника и электроника» являются базовыми при изучении систем управления и микропроцессорной техники.

Курс «Электротехника и электроника» является одной из общеинженерных дисциплин, которая отличается разнообразием и динамичностью развития современных электронных устройств. Цель курса - научить студентов понимать принцип действия и особенности функционирования типовых электротехнических и электронных элементов и устройств, привить навыки самостоятельной работы при изучении блоков, устройств и установок, включающих в себя электрические и электронные цепи, элементы и приборы с целью эффективной и рациональной эксплуатации, научить грамотно формулировать задание на разработку нового оборудования.

В результате изучения курса студент должен знать:

- способы измерения электрических величин и правила пользования электроизмерительными приборами,

- основные методы анализа и расчета линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей постоянного и переменного тока,

- методы расчета переходных процессов в электрических и электронных цепях,

- принцип действия, основные параметры и характеристики элементов электротехнических и электронных устройств,

- принцип построения преобразовательных устройств на дискретных элементах и аналоговых интегральных микросхемах,

- принцип построения и работы типовых цифровых электронных устройств,

- параметры и характеристики основных типовых электрических машин,

• основы функционирования, выбора электрических приводов, принципы их управления.

2. Содержание дисциплины.

Курс «Электротехника и электроника» содержит три части, каждая из которых непосредственно связана с другими. Общеинженерная направленность дисциплины, рассчитанной на студентов неэлектротехнических специальностей, определяет главное в ее содержании , а именно: материал каждой части излагается с точки зрения выявления принципов действия рассматриваемых блоков и устройств, определения их важнейших характеристик и показателей. Сначала изучаются методы анализа и расчета электрических и магнитных цепей, на базе которых рассматриваются электрические машины и аппараты. Затем изучаются основные элементы, характеристики и параметры электронных схем, что служит базой для рассмотрения функциональных электронных узлов непрерывного и дискретного действия, а также для систем электроприводов.

Часть 1. Электрические и магнитные цепи.

Аудиторная работа 68 часов

- лекции 34 часа

- семинары 17 часов

- лаб. раб. 17 часов

Внеаудиторная самостоятельная работа 24 часа.

А) Лекции читаются по следующим разделам:

1.1. Линейные и нелинейные электрические цепи постоянного тока (6 часов).

Общие сведения об электрических цепях и элементах. Уравнения элементов, топология цепей, уравнения соединений. Источники электрической энергии и режимы их работы. Баланс мощностей. Основные законы и методы расчета электрических цепей.

Нелинейные электрические цепи и их элементы (диод, транзистор). Методы расчета нелинейных цепей с резистивными элементами. Мостовые электрические цепи с линейными и нелинейными элементами.

1.2. Электрические цепи переменного синусоидального тока (6 часов).

Основные характеристики периодических функций. Различные формы представления синусоидально изменяющихся величин. Векторные диаграммы. Элементы R - резистивный, L - индуктивный, С - емкостной в цепи синусоидального тока. Последовательная RLС - цепь. Полное сопротивление цепи, характер нагрузки. Активная, реактивная и полная мощности, коэффициент мощности. Символический метод расчета цепей синусоидального тока. Понятие комплексных сопротивлений. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Мощность в комплексной форме. Баланс мощности. Резонансные режимы цепей. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Резонанс в сложных цепях.

1.3. Трехфазные электрические цепи (4 часа).

Понятие о трехфазных цепях, трехфазная система ЭДС. Способы соединения фаз источника и потребителя переменного тока. Роль нулевого провода. Соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами. Мощность в трехфазных цепях, способы ее измерения. Векторные диаграммы.

1.4. Переходные процессы в линейных электрических цепях (6 часов).

Физическая природа переходных процессов и законы коммутации. Классический метод расчета переходных процессов. Переходные процессы в цепи с последовательным соединением резистивного и индуктивного элементов, резистивного и емкостного элементов, резистивного, индуктивного и емкостного элементов. Разряд конденсатора на резистор, перезаряд конденсатора. Подключение катушки с RL к источнику синусоидального напряжения.

1. Электрические цепи несинусоидального тока(2 часа).

Процессы возникновения несинусоидального тока. Методы расчета линейных электрических цепей периодического несинусоидального тока. Показания приборов в электрических цепях несинусоидального тока.

1.6. Магнитные цепи с постоянными и переменными магнитодвижущими силами (10часов).

Основные характеристики магнитного поля. Магнитные материалы. Понятие о магнитных цепях и их основные законы. Задачи анализа и расчета магнитных цепей. Энергия магнитного поля. Тяговое усилие в электромагнитных устройствах.

Общие сведения о цепях с переменной магнитодвижущей силой. Их особенности, схемы замещения. Потери в стали. Практическое применение магнитных цепей в технике.

Б) Семинары (17 часов).

Семинары проводятся по следующим разделам:

- расчет цепей постоянного тока 2 часа,

- расчет нелинейных цепей постоянного тока 2 часа,

- расчет однофазных электрических цепей синусоидального тока 4 часа,

- расчет трехфазных цепей 2 часа,

- расчет переходных процессов 2 часа,

- расчет несинусоидальных токов в линейных электрических цепях 1 час,

- расчет магнитных цепей при постоянной магнитодвижущей силе 2 часа,

- расчет магнитных цепей при переменной магнитодвижущей силе 2 часа.

В) Лабораторные работы (17 часов).

Темы лабораторных работ:

- исследование цепей постоянного тока 4 часа,

- исследование цепей синусоидального тока 8 часов,

- исследование трехфазных цепей 5 часа.

В процессе работ под контролем преподавателя студенты изучают контрольно-измерительную аппаратуру для исследования электрических цепей, самостоятельно собирают исследуемую цепь и проводят экспериментальную проверку теоретических зависимостей.

Г) Внеаудиторная самостоятельная работа (24 часа).

- Выполнение домашнего задания 10 часов.

Студентам выдается домашнее задание на тему "Расчет и исследование электрических цепей постоянного тока с линейными и нелинейными элементами, цепей синусоидального тока и трехфазных цепей, переходных процессов в линейных электрических цепях".

Срок выдачи - 2 недели. Срок сдачи - 10 недель.

- Изучение раздела "Электроизмерительные приборы и

электрические измерения 6 часов,

- Проработка теоретической части курса 8 часов.

Часть 2. Основы электропривода.

Аудиторная работа 39 часов,

- лекции 18 часов,

- семинары 12 часов,

- лаб. раб. 9 часов,

Внеаудиторная самостоятельная работа 20 часов.

А) Лекции читаются по следующим разделам.

2.1. Введение. Структура электропривода, уравнение движения ( 1 час).

2.2. Электрические машины.

2.2.1. Асинхронные двигатели ( 4 часа).

Устройство электрической машины, вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного двигателя. Частота вращения, скольжение, ЭДС и токи статора и ротора. Электромагнитная мощность и потери в асинхронном двигателе. Момент, развиваемый двигателем.

Механическая характеристика асинхронного двигателя. Пуск асинхронного двигателя. Способы регулирования частоты вращения. Режимы работы: двигательные и тормозные.

Однофазный асинхронный двигатель. Механическая характеристика, способы управления.

2.2.2. Синхронный двигатель (2 часа).

Устройство и принцип действия синхронного двигателя. Механическая характеристика синхронного двигателя, пуск, область применения.

2.2.3. Машины постоянного тока (4 часа).

Конструкция и принцип действия машины постоянного тока. ЭДС якоря и электромагнитный момент. Механические характеристики двигателей постоянного тока параллельного и последовательного возбуждения. Пуск двигателя. Способы регулирования частоты вращения. Тормозные режимы двигателей постоянного тока.

2.2.4. Шаговый двигатель (2 часа).

Устройство и принцип действия шагового двигателя. Особенности управления шаговым двигателем, область применения.

2.3. Переходные процессы в электроприводах (1 час).

Особенности протекания переходных процессов в электроприводах, их энергетическая значимость.

2.4. Выбор двигателя (2 часа).

Выбор типа двигателя. Проверка двигателя по перегрузочной способности. Проверка двигателя по нагреву.

2.5. Функциональные схемы управления электроприводами (2 часа).

Б) Семинары (12 часов).

Практические занятия ставят целью ознакомление студентов с методами расчета отдельных элементов электропривода, исходя из нагрузочных диаграмм и условий допустимой нагрузки и проводятся по следующим темам:

- расчет параметров и характеристик асинхронного двигателя 4 часа,

- расчет параметров и характеристик двигателей постоянного тока 4 часа.

- выбор двигателя 2 часа,

- функциональные схемы управления 2 часа.

В) Лабораторные работы (8 часов).

Практическое изучение особенностей работы электрических машин переменного и постоянного тока осуществляется при выполнении лабораторных работ по темам:

- исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 4 часа,

- исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением 5 часа.

Г) Внеаудиторная самостоятельная работа (10 часов).

- Выполнение домашнего задания 10 часов.

Студентам выдается домашнее задание на тему "Функциональный анализ и выбор режимов работы двигателей в системах электроприводов.