Рабочая учебная программа " Электротехника " Напр

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МГГУ)
Кафедра Электротехники и информационных систем

УТВЕРЖДАЮ

___________________В.Л.Петров

проректор по методической работе
и качеству образования
"_____"__________________201__ г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

"Электротехника"
Направление подготовки:

130400 Горное дело
Специальность:

«Горное дело»
Специализация:

«Подземная разработка пластовых месторождений полезных ископаемых»
Квалификация (степень) выпускника:

Специалист
специальное звание

«горный инженер»
Форма обучения:

очная

Москва 2010

1 Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины является теоретическая и практическая подготовка будущих специалистов (горных инженеров) в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбирать необходимые электротехнические, электронные, электроизмерительные устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять совместно со специалистами-электриками технические задания на разработку электрических частей различных установок и оборудования в своей профессиональной деятельности.
2 Место дисциплины в структуре ООП специалитета

Дисциплина Электротехника входит в базовую (общепрофессиональную) часть профессионального цикла дисциплин (С.3.1.).

2.1 Перечень разделов дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения
электротехники и электроники:

Математика: линейная алгебра, теория функций комплексного переменного, дифференциальное и интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, интегральные преобразования Фурье и Лапласа.

Физика: механика (вращательное движение), электричество и магнетизм.

Информатика: простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет, умение использовать прикладное программное обеспечение, в частности: пакеты универсальных математических программ, текстовый процессор и редактор формул (для оформления отчетов).

2.2 Минимальные требования к «входным» знаниям, необходимым для успешного усвоении данной дисциплины:

Удовлетворительное усвоение программ по указанных выше разделам математики, физики и информатики, владение персональным компьютером на уровне уверенного пользователя.

2.3 Дисциплины, для которых освоение данной дисциплины необходимо как
предшествующее:

Основы электроснабжения горных предприятий.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
«Электротехника»

3.1 Общекультурные и профессиональные компетенции

Изучение дисциплины «Электротехника» направлено на формирование у студентов компетенций:

общекультурных:

способностью к обобщению и анализу информации, постановке целей и выбору путей их достижения (ОК-1);

умением логически последовательно, аргументировано и ясно излагать мысли, правильно строить устную и письменную речь (ОК-3);

готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-4);

использованием нормативных правовых и инструктивных документов в своей деятельности (ОК-7);

профессиональных:

демонстрировать пользование компьютером как средством управления и обработки информационных массивов (ПК-4);

готовностью выполнять экспериментальные и лабораторные исследования, интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты (ПК-22);

3.2 В результате освоения дисциплины обучающийся должен

знать:

основные понятия и законы электротехники;
электрические и магнитные цепи;
электрические машины;
электрические измерения и приборы;
элементную базу электронных устройств;
преобразователи электрических сигналов;
основы электробезопасности.

описывать и объяснять электромагнитные процессы в электрических цепях и электротехнических устройствах;
читать электрические схемы электротехнических и электронных устройств;
экспериментальным способом и на основе паспортных (каталожных) данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств;
выбирать электрооборудование и рассчитывать режимы его работы.

методами расчета электрических цепей и электрооборудования с применением современных вычислительных средств;
навыками измерения электрических параметров;
приемами проведения экспериментальных исследований электрических цепей и электротехнических устройств.

4 Структура и содержание дисциплины Электротехника
Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 216 часов.

Структура и содержание дисциплины приведено ниже в таблице.

Структура и содержание дисциплины «Электротехника»

5. Образовательные технологии

Организация занятий по дисциплине "Электротехника" возможна как по обычной технологии по видам работ (лекции, практические занятия, лабораторный практикум, текущий контроль) по расписанию, так и по технологии группового модульного обучения при планировании проведения всех видов работ (аудиторных занятий и самостоятельной работы по дисциплине) в автоматизированной аудитории с проекционным оборудованием и компьютерами, плюс 16 часов в лаборатории электротехники для проведения лабораторных работ на натурных стендах.

Для этого на кафедре «Электротехники и информационных систем»:

Лекционные занятия проводятся в поточной аудитории с применением мультимедийного проектора в виде учебной презентации. Учебные материалы предъявляются обучающимся для ознакомления и изучения, основные моменты лекционных занятий конспектируются. Отдельные темы предлагаются для самостоятельного изучения с обязательным составлением конспекта (контролируется).

Практические занятия проводятся в компьютерном классе (Б-731) с использованием прикладного программного обеспечения (математические пакеты и пакет имитационного моделирования).

Лабораторные занятия проводятся в специализированной электротехнической лаборатории (уад. а-658) на электротехнических лабораторных установках (ЭВ-4) бригадой студентов из 4–5 человек. Все лабораторные работы выполняются фронтально. Часть лабораторных работ выполняется виртуально (имитационное моделирование) бригадой студентов из 2–3 человек.

Самостоятельная работа по дисциплине включает:

самоподготовку к учебным занятиям по конспектам, учебной литературе и с помощью электронных ресурсов (контролируются конспекты, черновики, таблицы для занесения экспериментальных данных и др.);

оформление отчетов по результатам лабораторных работ (с выполнением необходимых расчетов и графических построений);

подготовку к контрольным работам (самостоятельное выполнение контрольных заданий, решение типовых задач);

подготовку к коллоквиумам (изучение учебных тем);

выполнение, оформление и защита результатов расчетно-графических работ.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1 Примерная тематика практических занятий

1. Расчет электрических цепей постоянного тока. Делители напряжения и тока.

2. Методы расчета линейных электрических цепей.

3. Расчет цепей синусоидального тока с использованием символического метода (комплексных чисел).

4. Расчет однофазной цепи.

5. Расчет трехфазной цепи.

6. Расчет неразветвленных магнитных цепей (прямая и обратная задача).

7. Определение параметров трансформатора и асинхронного двигателя по каталожным данным.

8. Определение параметров однофазного полупроводникового выпрямителя.

6.2 Примерная тематика расчетно-графических работ

6.2.1 Расчет линейных цепей постоянного тока (2 задачи)

Целью работы является закрепление у студентов навыков анализа и расчёта линейной электрической цепи постоянного тока.

Содержание работы направлено на решение следующих вопросов:

умение выполнять эквивалентные преобразования участков цепи;
умение рассчитать токи в электрических цепях с одним источником;
уметь применить метод расчета линейной цепи с несколькими источниками;
изучить основные свойства линейных цепей на примере цепей с постоянными токами;
получить навыки работы с прикладной компьютерной математической программой (умение решать линейные алгебраические уравнения).

6.2.2 Расчет электрических цепей синусоидального тока (три задачи)

Целью работы является закрепление у студентов навыков анализа и расчёта линейной электрической цепи синусоидального тока.

Содержание работы направлено на решение следующих вопросов:

умение работать с комплексными числами;
умение выполнять расчеты токов и напряжений в неразветвленных цепях;
научиться представлять графики и векторные диаграммы синусоидальных токов и напряжений;
уметь применять методы расчета цепей с синусоидальным током;
изучить тему: мощности и баланс мощностей в цепях с синусоидальными токами;
научиться рассчитывать трехфазные цепи.

6.2.3 Расчет параметров и основных характеристик трансформаторов и асинхронных двигателей по каталожным данным (две задачи)

Целью работы является закрепление у студентов навыков расчёта основных параметров трансформаторов и асинхронных двигателей.

Содержание работы направлено на решение следующих вопросов:

умение работать со схемами замещения трансформаторов и асинхронных двигателей;
научиться определять электрические параметры трансформаторов и асинхронных двигателей;
уметь выбирать асинхронные двигатели по их характеристикам для нерегулируемого электропривода горных машин и оборудования.

6.3 Примерные вопросы, выносимые на коллоквиумы

Предусмотрены три коллоквиума по основным разделам каждой из трех частей дисциплины. Целю каждого коллоквиума является проверка и одновременно повышение знаний студентов по отдельным частям, разделам, темам и вопросам дисциплины. Основное внимание уделяется темам и вопросам, вынесенным на самостоятельную проработку и изучение.

Часть 1

Предмет изучения дисциплины «Электротехника и электроника».
Физические понятия ток, напряжение и ЭДС.
Электрическая энергия, способы ее получения и передачи на расстояния.
Свойства линейных электрических цепей: свойство линейности, принцип наложения, принцип взаимности.
Основные характеристики и параметры синусоидальных токов и напряжений.
Способы получения синусоидальных напряжений и токов.
Представление синусоидальных токов и напряжений векторами и комплексными числами.
Законы электрических цепей в комплексной форме.
Фазовые соотношения между токами и напряжениями в цепи при синусоидальном токе (элементы, ветви, участки цепи).
Векторные диаграммы.
Сопротивления элементов и участков цепей при синусоидальных токах.
Геометрическая интерпретация полного комплексного сопротивления.
Треугольник сопротивлений участка цепи и его связь с векторной диаграммой тока и напряжения.
Проводимости элементов и участков цепей при синусоидальных токах.
Геометрическая интерпретация полной комплексной проводимости.
Треугольник проводимостей участка цепи и его связь с векторной диаграммой тока и напряжения.
Электрические сигналы. Периодические сигналы и их представление гармоническим рядом Фурье.
Использование метода наложения для анализа цепей при несинусоидальных периодических токах и напряжениях.
Трехфазная система напряжений, основные соотношения, способы получения, источники трехфазного напряжения и их эквивалентные схемы. Нормированные уровни напряжений. Кабели и провода, используемые в трехфазных цепях.
Мощности трехфазной сети. Измерение активной и реактивной мощности. Счетчики электрической энергии.
Нелинейные резистивные элементы: модели и физические аналоги.
Графическое и аналитическое представление вольтамперных характеристик нелинейных резистивных элементов. Основные свойства.
Графо-аналитические методы расчет нелинейных цепей с источниками постоянного напряжения.

Часть 2

Линейный трансформатор.
Физическая и математическая модели линейного трансформатора.
Трансформатор как элемент электрической цепи.
Сердечники электромагнитных устройств: электромагнитов, дросселей и трансформаторов.
Конструкция, материалы, магнитные свойства, потери энергии в сердечниках электромагнитных устройств.
Трехфазные трансформаторы: назначение, конструкция и принцип действия, основные эксплуатационные параметры.
Основные эксплуатационные параметры трехфазных трансформаторов.
Получение вращающегося магнитного поля в трехфазной цепи.
Физическая и математическая модели вращающегося магнитного поля.
Понятие пары полюсов вращающегося магнитного поля.
Способы пуска асинхронных двигателей.
Способы регулирования скорости асинхронных двигателей.
Синхронные двигатели. Основные характеристики.
Механическая характеристика синхронных двигателей.

Часть 3

Аналоговые и цифровые сигналы, их характеристики. Радио- и проводная связь.
Понятие о модуляции и детектировании сигналов.
Свойства и особенности полупроводниковых диодов различных типов.
Типы, принципы функционирования и маркировка полевых транзисторов.
Назначение и примеры простейших схем выпрямителей, принципы их работы.
Назначение и примеры простейших схем инверторов, принципы их работы.
Принцип действия однокаскадного усилителя на полевых транзисторах.
Электронные ключи и их использование в электронных цепях.
Регистры: определение, выполняемые операции, примеры схемной реализации.
Счетчики импульсов: определение, выполняемые операции, примеры схемной реализации.
Назначение и принципы построения цифро-аналоговых преобразователей.
Назначение и принципы построения аналого-цифровых преобразователей.

6.4 Примерная тематика реферата

Цель написания реферата – привитие студенту навыков краткого и лаконичного представления собранных материалов и фактов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к техническим отчетам, обзорам и статьям.

Реферат готовится в последние две недели изучения дисциплины. Объем реферата 8–10 страниц. Подготовка реферата подразумевает самостоятельное изучение студентом определённой темы по нескольким источникам информации (учебникам, научным статьям, технической и справочной литературы в бумажной и электронной форме, электронным ресурсам Интернета), систематизацию найденного материала и краткое его изложение.

Темы:

Выпрямительные диоды: классификация, маркировка, конструкция, параметры и характеристики, один-два примера применения (схема принципиальная).
Биполярные транзисторы для усилителей: классификация, маркировка, конструкция, параметры и характеристики, один-два примера применения (схема принципиальная).
Полевые транзисторы для усилителей: классификация, маркировка, конструкция, параметры и характеристики, один-два примера применения (схема принципиальная).
Операционные усилители общего применения: маркировка, схемотехника, параметры и характеристики, примеры использования (принципиальные схемы)
Операционные усилители для измерительных устройств: маркировка, схемотехника, параметры и характеристики, примеры использования (принципиальные схемы)
Решающие операционные усилители: маркировка, схемотехника, параметры и характеристики, примеры использования (принципиальные схемы)
Активные фильтры (полосовые и заграждающие) на операционных усилителях: схемотехника, параметры, характеристики, примеры принципиальных схем
Электронные ключи на биполярных транзисторах: схемотехника, параметры, характеристики, примеры (принципиальные схемы)
Электронные ключи на биполярных транзисторах: схемотехника, параметры, характеристики, примеры (принципиальные схемы)
Инверторы напряжения: принцип действия, схемотехника, параметры и характеристики
Трехфазные управляемые выпрямители: принцип действия, схемотехника, параметры и характеристики
Преобразователи частоты для электропривода: классификация, основные схемотехнические решения, параметры и характеристики
Усилители постоянного тока (для измерительных устройств)
Усилители звуковых частот (УНЧ)
Управляемые выпрямители на силовых транзисторах (IGBT)
Инверторы на силовых транзисторах (IGBT)
Триггеры в интегральном исполнении (серии логических интегральных схем): маркировка, цоколевка, основные параметры примеры применения (два-три примера)
Регистры
Счетчики импульсов (цифровые счетчики)
Динамические запоминающие устройства (принцип действия, маркировка, цоколевка)
Аналого-цифровые устройства
Статические и динамические ОЗУ

6.5 Примеры тестовых вопросов

Целью тестов является текущий (оперативный) контроль знаний и навыков по разделам дисциплины. Каждый тест состоит из 4–10 тестовых заданий (элементарных задач) и предоставляет возможность выбора из перечня ответов. Тесты проводятся каждые две недели, как на аудиторных занятиях, так и в часы вне сетки расписания. Правильные решения разбираются на практических и/или лекционных занятиях, а также на консультациях.

6.5.1 "Может ли (да/нет) использоваться на самолете в качестве нейтрального провода трехфазной цепи его металлическая обшивка (корпус)?" Эталон: да;

6.5.2 Укажите, какие из приведенных признаков:

а) минимальный ток, потребляемый контуром;
б) сдвиг фаз между напряжением и током на входе контура равен 90;

в) максимальный ток, потребляемый контуром,

г) минимальная проводимость контура,

д) отсутствие активных потерь в контуре,

е) минимальное сопротивление контура,