150600 Материаловедение и технология новых материалов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Утверждаю
проректор ИГХТУ по учебной работе
проф. Светцов В.И.
_________________2004г.
_________________
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Факультет Неорганической химии и технологии
Кафедра Электротехники
НАПРАВЛЕНИЕ: 150600 Материаловедение и технология новых материалов
СПЕЦИАЛЬНОСТИ: 240304 Химическая технология тугоплавких
неметаллических и силикатных материалов
240306 Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий
электронной техники
Курс
3 Семестр
5
Всего часов по дисциплине (трудоемкость)
245
Аудиторные занятия (час):
114
Лекции (час):
67 Зачет 5 семестр Экзамен 5 семестр
Лабораторные занятия (час):
28
Практические занятия (час):
19
Самостоятельная работа (час):
131
в том числе выполнение домашних заданий (час):
50
Иваново 2004
Рабочая учебная программа составлена Котовым В.Л. на основании
требований ГОС высшего профессионального образования по направлению
150600 Материаловедение и технология новых материалов
Рабочая учебная
электротехники
программа
утверждена
на
заседании
кафедры
“___”____________2004 г., протокол №___
Заведующий кафедрой_________________ Котов В. Л.
Рабочая
учебная
программа
рекомендована
общепрофессиональных дисциплин Научно методического Совета
секцией
“___”___________2004 г.
Председатель секции __________________Котов В.Л.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена Научно методическим
Советом факультета неорганической химии и технологии
“___”___________2004 г., протокол № ___
Председатель НМС факультета ________________Косенко Н.Ф.
1. ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью дисциплины является теоретическая и практическая подготовка
специалистов
неэлектротехнических
специальностей
в
области
электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбрать
необходимые электротехнические, электронные и электроизмерительные
устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять, совместно со
специалистами электриками, технические задания на разработку
электрических частей автоматизированных установок для управления
производственными процессами.
Специалисты,
подготовленные
по
специальностям
240304
«Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных
материалов» и 240306 «Химическая технология монокристаллов, материалов
и изделий электронной техники» должны:
а) иметь представления:
- о принципах формирования электрических и магнитных цепей;
- о принципах создания электронных систем и средств пользования ими;
- об общей классификации материалов, электротехнических в том числе,
преимущественных областях их применения;
б) знать и уметь использовать:
- методы расчета электрических цепей;
- принципы действия основных электронных приборов;
-основные классы и группы электротехнических материалов, их свойства и
области применения;
в) владеть:
- методами расчета электрических и магнитных цепей;
-методами измерения параметров электрических цепей;
г) иметь опыт;
- организации измерительного эксперимента;
-анализа электрических и магнитных цепей с использованием аналитических
и графоаналитических методов;
- использования стандартной терминологии, определений, обозначений и
единиц физических величин
- оформления технической, в том числе, электротехнической документации.
ОПД. Ф. 03. 01
Электротехника и электроника.
Общая электротехника и электроника:
Электрические и магнитные цепи; основные
определения, технологические параметры и методы
расчета электрических цепей; анализ и расчет
линейных цепей переменного тока; анализ и расчет
электрических цепей с нелинейными элементами;
анализ и расчет магнитных цепей; электромагнитные
устройства
и
электрические
машины;
электромагнитные устройства; трансформаторы;
машины постоянного тока (МПТ); асинхронные
машины; синхронные машины; основы электроники
и электрические измерения; элементная база
современных электронных устройств; источники
вторичного
электропитания;
усилители
электрических
сигналов;
импульсные
и
автоагрегатные устройства; основы цифровой
электроники;
микропроцессорные
средства;
электрические измерения и проиборы.
272
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
Разделы (темы, модули) программы
а) лекционный материал 67 часов
Лекция 1. Электрическая энергия, ее особенности и области
применения. Роль электротехники и электроники в развитии комплексной
автоматизации современных технологических и производственных
процессов и систем управления. Значение электротехнической подготовки
для специалистов неэлектротехнических специальностей. Содержание и
структура курса. Организация процесса обучения.
Лекция 2. Понятия об электрическом токе и электрической цепи.
Параметры элементов электрической цепи. Электротехнические устройства
постоянного тока, схемы замещения электротехнических устройств.
Пассивные и активные двухполюсники и их схемы замещения.
Лекция 3. Топологические понятия теории электрических цепей.
Законы Кирхгофа. Неразветвленные и разветвленные цепи с одним
источником электрической энергии. Режимы работы электротехнических
устройств. Энергетические соотношения в электрических цепях. Закон Ома.
Лекция 4. Анализ электрического состояния неразветвленных и
разветвленных электрических цепей с несколькими источниками
электрической энергии путем применения законов Кирхгофа и методом
контурных токов.
Лекция 5. Анализ электрического состояния разветвленных цепей с
одним источником электрической энергии методами эквивалентного
преобразования, наложения и эквивалентного генератора.
Лекция 6. Электротехнические устройства и электрические цепи
переменного тока. Особенности электромагнитных процессов в
электрических цепях переменного тока. Способы представления
электрических величин синусоидальных функций.
Лекция 7. Источники синусоидальной ЭДС. Приемники электрической
энергии.
Уравнения электрического состояния идеальных цепей
синусоидального тока. Запись уравнений для мгновенных и комплексных
величин. Векторные диаграммы. Энергетические процессы в идеальных
цепях переменного тока.
Лекция 8. Уравнение электрического состояния цепи с
последовательно соединенными элементами. Активные, реактивные и
полные сопротивления двухполюсника. Векторная диаграмма.
Лекция 9. Уравнение электрического состояния цепи с параллельным
соединением элементов. Векторная диаграмма. Резонансные явления в цепях
синусоидального тока.
Лекция 10. Трехфазные цепи. Способы изображения симметричной
системы ЭДС. Способы соединения фаз трехфазных приемников.
Четырехпроводные и трехпроводные цепи. Фазные и линейные напряжения
и токи. Симметричные режимы трехфазной цепи. Соотношения между
фазными и линейными величинами при симметричных режимах.
Лекция 11. Понятие о несимметричных режимах трехфазных цепей.
Мощность трехфазной цепи. Коэффициент мощности трехфазного
приемника и методы его повышения. Защита, работающих от поражения
электрическим током. Защитные заземление и зануление.
Лекция 12. Нелинейные цепи постоянного тока. Графический метод
расчета нелинейных цепей с последовательно соединенными элементами.
Графический метод расчета нелинейных цепей с параллельно включенными
элементами. Аналитический расчет цепей с нелинейными элементами.
Лекция 13. Периодические несинусоидальные токи в электрических
цепях.
Представление
периодических
несинусоидальных
величин
гармоническими рядами. Основные характеристики несинусоидальных
периодических токов и напряжений. Мощность периодического
несинусоидального тока.
Лекция 14.
Электромагнитные устройства и их применение.
Магнитные цепи постоянных магнитных потоков. Применение закона
полного тока для анализа магнитных цепей. Прямая и обратная задачи.
Магнитные цепи переменных магнитных потоков. Особенности
электромагнитных процессов в катушке с магнитопроводом. Уравнение
электрического состояния.
Лекция 15. Назначение и области применения трансформаторов.
Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Уравнения
электрического и магнитного состояний. Потери энергии в трансформаторе.
Паспортные
данные
трансформаторов.
Устройство
трехфазных
трансформаторов. Измерительные трансформаторы.
Лекция 16. Электрические машины. Принцип действия, генераторный и
двигательный режимы. Устройство машин постоянного тока. Формулы ЭДС
обмоток якоря и электромагнитного момента. Уравнения электрического
состояния. Двигатели постоянного тока. Способы пуска. Механическая
характеристика. Способы регулирования и реверсирования.
Лекция 17. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного
двигателя. Уравнения электрического состояния обмоток статора и ротора.
Саморегулирование вращающего момента. Механическая характеристика.
Способы пуска. Регулирование и реверсирование. Синхронный двигатель,
устройство и принцип действия. Пуск. Механическая характеристика.
Лекция 18. Электрические измерения. Преимущества электрических
методов измерения физических величин. Средства измерения, меры. Прямые
и косвенные измерения. Методы непосредственной оценки и сравнения.
Погрешности измерений. Источники возникновения погрешностей.
Метрологические характеристики средств измерений. Измерения токов,
напряжений, сопротивлений и мощностей.
Лекция 19. Показывающие измерительные приборы. Устройство,
принцип действия, области применения. Понятия об аналоговых и цифровых
измерительных приборах. Понятие об использовании мостов для измерения
электрических величин. Понятие о компенсационном методе измерения.
Лекция 20. Электротехнические материалы. Элементы зонной теории
твердого тела. Классификация электротехнических материалов с точки
зрения зонной теории. Физическая природа проводимости. Дрейфовая
скорость, длина свободного пробега и время релаксации электрона.
Подвижность электрона и удельное сопротивление. Закон Ома. Правило
Матиссена.
Лекция 21. Несовершенства в кристаллах. Тепловые колебания,
точечные, линейные, поверхностные дефекты и их влияние на
электротехнические свойства материалов. Электрические свойства сплавов.
Фазовый состав сплавов и его влияние на электропроводность.
Лекция 22. Материалы высокой проводимости, их назначение и
основные характеристики. Медь, ее марки и электротехнические свойства.
Сплавы меди высокой проводимости. Биметаллы. Алюминий, его марки и
электротехнические свойства.
Лекция 23. Материалы высокого сопротивления, их назначение и
основные характеристики. Манганин, константан, нихромы, хромоникелевые
сплавы, их состав и области применения. Сплавы для термопар.
Лекция 24. Контактные материалы (вольфрам, молибден, золото,
серебро, платина, палладий), их свойства и области применения. Металлы
различного электротехнического назначения (тантал, никель, кобальт, олово,
свинец, индий, галлий), их свойства и области применения. Припои.
Лекция 25. Магнитные материалы. Намагничивание ферромагнитных
материалов. Основные характеристики ферромагнитных материалов.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы, их свойства и области
применения.
Лекция 26. Магнитомягкие материалы (низкоуглеродистая сталь,
электролитическое железо, карбонильное железо, пермаллои и альсиферы).
Специальные магнитомягкие материалы. Магнитодиэлектрики и ферриты.
Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса. Магнитотвердые материалы
(легированные стали, литые сплавы). Порошковые материалы.
Лекция 27.
Электроизоляционные материалы. Диэлектрики в
электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Основные виды
поляризации. Диэлектрическая проницаемость газообразных, жидких и
твердых диэлектриков.
Лекция 28.
Диэлектрические потери и пробой диэлектриков.
Классификация
электроизоляционных
материалов.
Требования
к
электроизоляционным материалам. Неорганические электроизоляционные
материалы (стекло и керамика).
Органические электроизоляционные
материалы.
Лекция 29.
Полупроводниковые материалы. Особенности
электропроводности
полупроводников. Собственная и примесная
электропроводности. Доноры и акцепторы. Ширина запрещенной зоны,
концентрация носителей и электропроводность. Германий и кремний, их
свойства, получение, области применения, марки. Соединения типа A IIIBV, их
свойства и области применения.
Лекция 30. Основы промышленной электроники. p-n переход и его
свойства. Полупроводниковые диоды и тиристоры, их назначение и
характеристики.
Лекция 31. Выпрямители однополупериодные и двухполупериодные,
управляемые и неуправляемые, электрические схемы и принцип работы.
Средние значения выпрямленных токов и напряжений. Принципы подбора
диодов для работы в схеме выпрямителя. Сглаживающие фильтры.
Лекция 32. Транзисторы униполярные и биполярные, назначение,
принцип действия, схемы включения, параметры. Усилительные свойства
транзисторов. Усилительный каскад.
Лекция 33. Классификация усилителей, анализ работы, параметры и
характеристики усилителей. Режимы работы усилителей. Многокаскадные
усилители.
Лекция 34. Триггеры и мультивибраторы, назначение, электрические
схемы принцип действия. Понятие об импульсных устройствах. Параметры
импульсов. Формирование и генерирование импульсов. Дифференцирующие
и интегрирующие цепи. Понятие о цифровой электронике.
б) практические занятия 19 часов.
СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Содержание занятий
Анализ электрической цепи постоянного тока
Анализ электрической цепи однофазного
синусоидального тока
Анализ трехфазных цепей
Контрольная работа по теме «Электрические
цепи»
Анализ
работы магнитных
цепей и
трансформатора
Анализ работы электрических машин и выбор
двигателя для электропривода
Контрольная работа по теме «Электрические
машины»
Оценка погрешности измерений
Объем в
часах
2
4
№№
недель
1-2
3-6
2
2
7-8
9-10
2
11-12
2
13-14
2
15-16
3
17-19
в) лабораторные занятия 28 часов
ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Содержание занятий
Объем
№№
в часах недель
Вводный инструктаж
2
1
Выполнение лабораторной работы № 1
2
2
Выполнение лабораторной работы № 2
2
3
Выполнение лабораторной работы № 3
2
4
Тестирование по результатам выполненных работ
2
5
1-3
Выполнение лабораторной работы № 4
2
6
Выполнение лабораторной работы № 5
2
7
Тестирование по результатам выполненных работ
2
8
4-5
Выполнение лабораторной работы № 6
2
9
Выполнение лабораторной работы № 7
2
10
Выполнение лабораторной работы № 8
2
11
Выполнение лабораторной работы № 9
2
12
Тестирование по результатам выполненных работ
2
13
6-9
Тестирование по результатам выполненных работ
2
14
6-9
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1. Исследование линейной цепи постоянного тока.
2. Исследование линейной цепи синусоидального тока при последовательном
соединении элементов.
3. Исследование трехфазных цепей с симметричными и несимметричными
приемниками, включенными по схемам звезда и треугольник.
4. Испытание однофазного трансформатора.
5. Испытание короткозамкнутого асинхронного двигателя.
6. Исследование полупроводникового выпрямителя.
7. Исследование биполярного транзистора.
8. Исследование электропроводности полупроводниковых материалов.
9. Исследование температурной зависимости сопротивления окислов
металлов c высоким температурным коэффициентом сопротивления.
г) индивидуальная работа с преподавателем – нет
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Расчет сопротивлений приемников, внутренних сопротивлений
источников энергии постоянного тока и эквивалентных сопротивлений
сложных цепей по экспериментальным данным. Расчет токов сложных
электрических цепей методами непосредственного применения законов
Кирхгофа, наложения по экспериментальным данным. Расчет цепей методом
контурных токов. Расчет распределения потенциала вдоль контура и
построение потенциальной диаграммы.
Расчет параметров приемников при синусоидальном токе по
экспериментальным данным. Расчет и построение векторных диаграмм токов
и напряжений последовательно соединенных элементов R-L-C. Анализ
влияния характера цепи на соотношение активной, реактивной и полной
мощностей. Методом векторных диаграмм анализ влияния подключения
емкостного и резистивного элементов на коэффициент мощности цепи R-L.
Расчет сложных электрических цепей с одним источником энергии
символическим методом.
Построение векторных диаграмм токов и напряжений трехфазных
симметричных и несимметричных приемников включенных звездой и
треугольником.
Расчет параметров Т-образной схемы замещения трансформатора по
данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Построение внешней
характеристики трансформатора по экспериментальным данным.
Расчет КПД и коэффициента мощности, построение рабочих
характеристик асинхронного двигателя по экспериментальным данным.
Расчет механической характеристики по паспортным данным. Расчет
мощности и выбор двигателя для электропривода при длительном режиме
нагрузки.
Расчет h-параметров биполярного транзистора по экспериментальным
входным и выходным характеристикам.
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
а) домашняя расчетно-графическая работа «Расчет токов в ветвях
сложной электрической цепи методом контурных токов, составление баланса
мощностей и расчет распределения потенциала вдоль контура», (количество
и сроки выполнения) - 1, № недели - 5-6.
б) домашняя расчетно-графическая работа «Расчет токов в
разветвленной цепи синусоидального тока с одним источником энергии
символическим методом, построение векторной диаграммы токов и
напряжений, составление баланса комплексных мощностей», (количество и
сроки выполнения) - 1, № недели - 9-10.
в) домашняя расчетно-графическая работа «Выбор мощности двигателя
для электропривода в режиме длительной постоянной нагрузки, описание
схемы пуска и защиты двигателя», (количество и сроки выполнения) - 1, №
недели - 13-14.
3. РЕКОМЕДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
(изданная через центральные издательства и внутривузовским способом)
ОСНОВНАЯ
1.Немцов М.В., Касаткин А.С. Курс электротехники. М.:В. школа, 2005.
2.Жаворонков М.А. Электротехника и электроника. М.:Академия, 2005.
3.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.,
Энергоатомиздат, 1987.
4.Электротехника: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.Г.
Герасимова, М., Высшая школа, 1983.
5.Основы промышленной электроники, под редакцией В.Г. Герасимова,
М., Высшая школа, 1978.
6.Рекус Г.Г., Белоусов А.И. Сборник задач по электротехнике и основам
электроники: Учебн. пособие для неэлектротехн. спец. вузов, М., Высшая
школа, 1981.
7.Методические указания по выполнению домашних расчетных заданий
по электротехнике, составители Э.Г. Галиаскаров, В.Л. Котов, Иваново1999.
8.Полупроводниковые
приборы.
Методические
указания
по
промышленной электронике, ч.1, составитель А.Н. Фролов, Иваново, 1992.
9.Полупроводниковые
приборы.
Методические
указания
по
промышленной электронике, ч.2, составитель А.Н. Фролов, Иваново, 2001.
10.Котов В.Л., Галиаскаров Э.Г. Электротехника, промышленная
электроника и электрооборудование. Электротехнические материалы.
Проводниковые и полупроводниковые материалы, учебное пособие, Иваново
1999.
11.Котов В.Л., Шмуклер М.В. Электротехника и электроника.
Электротехнические материалы. Магнитные и изоляционные материалы,
учебное пособие, Иваново 2004.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Линейные электрические цепи постоянного и однофазного переменного
токов. Методические указания, составитель В.Л.Котов, Иваново, 1988.
2. Трехфазные цепи. Методические указания, составитель В.Л.Котов,
Иваново, 1989.
3. Электрические машины устройств автоматики (асинхронные силовые
микродвигатели). Методические указания, составитель В.А.Разумов,
Иваново, 1989.
4. Электротехника, промышленная электроника и электрооборудование.
Методические указания по выполнению лабораторных работ, составители
Э.Г. Галиаскаров, В.Л.Котов, В.А.Разумов, М.В.Шмуклер, А.Н.Фролов,
Иваново, 2000.
5. Котов В.Л., Разумов В.А., Фролов А.Н., Шмуклер М.В. Электротехника и
электроника. Сборник лабораторных работ, Иваново, 2002.