Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра общей электротехники

УТВЕРЖДАЮ

Начальник управления реализации ООП _ В.М. Юрченко "" 2012 г.

Рабочая программа дисциплины

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Направление 280700.62 «Техносферная безопасность»

Профиль 280702.62 «Безопасность технологических процессов и производств»

Трудоемкость дисциплины – 4 ЗЕ Форма обучения Очная Заочная Курс/ Семестр 3/6 3/ Всего, ч 144 Лекции, ч 34 Лабораторные занятия, ч 34 Самостоятельная работа, ч 76 Контрольная работа, семестр – Форма промежуточной аттестации, семестр Экзамен/6 Экзамен/ Кемерово Рабочая программа составлена на основании Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и с учетом рекомендаций «Примерной основной образовательной программы по направлению подготовки бакалавров» 280700 «Техносферная безопасность»

Рабочую программу составил профессор кафедры общей электротехники, д.т.н. Ермакова И.А.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры общей электротехники 2012 г., протокол №, от 2012 г.

Зав. кафедрой Носов А.М.

Согласовано учебно-методической комиссией направления 280700 «Техносферная безопасность»

Протокол №, от 2012 г.

Председатель УМК направления 280700 «Техносферная безопасность»

Шевченко Л.А.

1. Цели освоения дисциплины В соответствии с ФГОСом общей целью изучения электротехники и электроники является подготовка бакалавра по направлению «Техносферная безопасность».

Непосредственной целью изучения электротехники и электроники является получение обучающимся знаний по анализу и расчету электрических цепей постоянного, однофазного и трехфазного переменного тока, а также магнитных цепей; изучение трансформаторов, электрических машин и основ электроснабжения предприятий, основ электроники.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина базируется на знаниях, полученных при изучении курсов «Физика»

(разделы электричества, физика твердого тела, колебания и волны, оптика), «Математика»

(комплексные числа и действия над ними, интегральное и дифференциальное исчисления) «Информатика» (навыки работы на персональном компьютере).

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Освоение дисциплины направлено на формирование: общекультурных компетенций (ОК) и профессиональных компетенций (ПК).

ОК-8: способностью работать самостоятельно.

Знать: принципы построения и функционирования электрических машин, цепей и электронных схем;.

Уметь: самостоятельно исследовать ситуацию.

Владеть: методами расчета электрических цепей постоянного и переменного тока, магнитных полей, принцип действия электрических машин.

ОК-10: способностью к познавательной деятельности.

Знать: основные источники получения необходимой информации.

Уметь: находить способы решения поставленных задач.

Владеть: методами теоретического и экспериментального исследования.

ПК-5: способностью использовать методы расчетов элементов технологического оборудования по критериям работоспособности и надежности.

Знать: назначение и устройство каждого элемента технологической цепочки.

Уметь: выбирать и размещать технологическое оборудование с максимальной работоспособностью и надежностью.

Владеть: способностью читать технологическую документацию.

ПК-16: способностью анализировать механизмы воздействия опасностей на человека, определять характер взаимодействия организма человека с опасностями среды обитания с учетом специфики механизма токсического действия вредных веществ, энергетического воздействия и комбинированного действия вредных факторов.

Знать: правила и меры обеспечения безопасной эксплуатации электроустановок.

Уметь: противодействовать факторам риска при эксплуатации электроустановок.

Владеть: способностью контроля соблюдения разработанных мероприятий.

В результате изучения базовой части профессионального цикла студент должен Знать: принципы построения и функционирования электрических машин, цепей и электронных схем;

Уметь: применять принципы построения, анализа и эксплуатации электрических сетей, электрооборудования и промышленных электронных приборов;

Владеть: методами теоретического и экспериментального исследования в электротехнике и электронике.

3.1. Матрица соотнесения разделов учебной дисциплины «Электротехника и электроника» и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций Разделы дисциплины количество Компетенции Кол-во комчасов ОК-8 ОК-10 ПК-5 ПК-16 петенций расчета линейных и нелинейных цепей постоянного тока переменного тока электрические машины 4. Структура и содержание дисциплины «Электротехника и электроника»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 ЗЕ (108 часов)+1 ЗЕ экзамен 4.1. Лекционные занятия Неделя семестра

1.ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТО- 8

1.1. Основные определения и топологические параметры электрических цепей. Закон Ома и его применение для расчета электриче- 1.2. Законы Кирхгофа, метод узлового напряжения, метод контурных токов для расчета электрических цепей, анализ цепей посто- янного тока с одним источником энергии [1, 3, 7] 1.3. Мощность цепи постоянного тока, баланс мощностей. Расчет нелинейных цепей постоянного тока [1, 3, 7]

2. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

2.1. Способы представления и параметры синусоидальных величин. Электрические цепи с резистивным, индуктивным и емкост- ным элементами. Векторная диаграмма. [1, 3, 7] 2.2. Сопротивления и фазовые соотношения между токами и напряжениями. Активная, реактивная и полная мощности, коэф- фициент мощности. Резонанс. [1, 3, 7] 2.3. Основные элементы трехфазных цепей. Способы соединения фаз источников и приемников, их свойства. [1, 3, 7] 2.4. Анализ режимов работы трехфазных цепей при соединении нагрузки звездой и треугольником. [1, 3, 7]

3. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

3.1. Основные понятия теории электромагнитного поля и основные магнитные величины. Свойства ферромагнитных материалов. Определения, классификация, законы магнитных цепей[1, 3, 7] 3.2. Магнитные цепи с постоянными и переменными магнитными

4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

4.1. Трансформаторы. Устройство и принцип действия. Потери и КПД. Опыты холостого хода и короткого замыкания. Понятие о трехфазном трансформаторе. [1, 3, 7] 4.2. Асинхронные двигатели. Принцип действия, механическая характеристика, применение. [1, 3, 7] 4.3. Машины постоянного тока. Двигатель постоянного тока, принцип действия, механическая характеристика, применение. Ге- нератор постоянного тока. [1, 3, 7] 4.4. Синхронные машины. Генератор: устройство, параметры и применение. Двигатель: применение, пуск. [1, 3, 7] 5.1. Элементная база электронных устройств:

р –n переход, диоды, транзисторы, тиристоры, стабилитроны[3, 7, 5.2. Источники вторичного электропитания[3, 7, 9, 10] 5.3. Усилители электрических сигналов 5.4. Основы цифровой электроники[3, 7, 9, 10] 4.2. Лабораторные занятия

1. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Методы теоретического расчета: закон Ома, законы Кирхгофа, метод узлового напряжения, метод контурных токов.

Экспериментальное исследование цепей постоянного тока Текущий контроль: защита работы по вопросам лекций раздела №1, выполнение КР№1.

2. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Метод теоретического расчета электрической цепи однофазного переменного тока с последовательным, параллельным и смешанным соединением активных и реактивных элементов, Экспериментальное исследование цепи однофазного переменного тока с последовательным соединением активных и реактивных элементов, резонанс напряжений.

Текущий контроль: защита работы по вопросам лекций раздела №2, выполнение КР№

3. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Методы теоретического расчета электрической цепи трехфазного переменного тока при соединении приемников по схеме «звезда с нейтральным проводом», «звезда без нейтрального Экспериментальное исследование режимов работы трехфазных цепей соединенных по схеме «звезда и «треугольник»

Текущий контроль: защита работы по вопросам лекций раздела №2, выполнение КР№

4. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

Основные понятия, законы, классификация, анализ и расчет Текущий контроль: защита работы по вопросам лекций раздела №

5. АНАЛИЗ РАБОТЫ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

5.1. Экспериментальное исследование режимов работы однофазного трансформатора.

5.2. Экспериментальное исследование режимов работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Текущий контроль: защита работы 5.1, 5.2 по вопросам лекций

6. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Принципы построения и функционирования электронных схем Текущий контроль: защита работы по вопросам лекций раздела № 4.3.Самостоятельная работа студента ДЗ №1 Расчет цепей постоянного тока [1,2,3,4,5,8,11], подРаздел 1 1–4 готовка к защите ЛР№1 и КР№1 по темам лекций разде- 0, ДЗ №3 Расчет трехфазной цепи по схеме «звезда» и «треРаздел 2 8–10 угольник» [1,2,3,4, 5,8], подготовка к защите ЛР№3 и 0, 12-– Подготовка к защите ЛР№5.1 и ЛР№5.2 по темам лекций 4.3.1. Типовые задачи домашних заданий ДЗ №1. Выполнить анализ состояния электрической цепи постоянного тока несколькими методами (непосредственного применения законов Кирхгофа, контурных токов, узлового напряжения). Сделать проверку правильности решения задачи составлением уравнения баланса мощностей.

ДЗ №2. Выполнить анализ состояния разветвленной цепи синусоидального тока заданной частоты символическим методом. Проверка правильности решения задачи выполняется составлением уравнения баланса мощностей для цепи синусоидального тока и построением векторных диаграмм токов и напряжений.

ДЗ №3. Выполнить анализ состояния трехфазной цепи синусоидального тока при соединении приемника звездой с нейтральным проводом и без нейтрального провода и треугольником при несимметричной нагрузке. Проверка правильности решения задачи выполняется построением векторных диаграмм токов и напряжений.

4.3.3. Объем и краткое содержание контрольной работы для студентов заочной формы обучения Контрольная работа включает решение задач по материалам следующих разделов:

1. электрические цепи постоянного тока – 2 задачи;

2. однофазные электрические цепи переменного тока – 1 задача;

3. трехфазные электрические цепи переменного тока – 3 задачи.

4.4. Распределение трудоемкости изучения дисциплин по видам учебной аудиторной и самостоятельной работы студента (Трудоемкость освоения дисциплины – 4 ЗЕ плюс 1 ЗЕ экзамен) Виды аудиторной учебной работы: Лк – лекции, Лз – лабораторные занятия, Ср – самостоятельная работа.

Виды самостоятельной учебной работы (СР): Дз – домашнее задание (решение задач; подготовка к защите лабораторной работы).

Формы текущего контроля (ТК): Защита ЛР – защита лабораторной работы, КР – контрольная работа.

5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС в учебном процессе используется активная и интерактивная форма проведения занятий (компьютерные презентации, видеофильмы, разбор конкретных ситуаций) с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации используются контрольные вопросы и типовые задания для лабораторных и контрольных работ, коллоквиумов, зачетов и экзаменов; тесты и компьютерные тестирующие программы, позволяющие оценить степень сформированности компетенций обучающихся.

6.1. Типовые задачи контрольных работ КР №1. Выполнить анализ состояния электрической цепи постоянного тока тремя методами: применением законов Кирхгофа, контурных токов, узлового напряжения. Составить уравнение баланса мощностей.

КР №2. Выполнить анализ состояния цепи синусоидального тока с последовательным и смешанным соединением активных и реактивных сопротивлений символическим методом. Составить уравнение баланса мощностей, построить векторные диаграммы токов и напряжений.

КР №3. Выполнить анализ состояния трехфазной цепи синусоидального тока при соединении приемника звездой с нейтральным проводом и без нейтрального провода и треугольником при несимметричной нагрузке. Построить векторные диаграммы токов и напряжений.

6.2. Пример контрольных вопросов для защиты лабораторных работ 1. Дать определения электрической цепи: ток, схема, схема замещения 2. Назвать пассивные и активные элементы схемы замещения, их характеристики и обозначения 3. Дать определение узла, ветви, контура электрической цепи.

4. Закон Ома и его применение для расчета электрических цепей при последовательном, параллельном, смешанном соединении, вольт-амперная характеристика.

5. Законы Кирхгофа и их применение для расчета электрических цепей 6. Составление уравнений по методу контурных токов.

7. Нахождение токов методом двух узлов.

8. Анализ цепей постоянного тока с одним источником энергии 9. Мощность цепи постоянного тока, баланс мощностей.

10. Вольт-амперная характеристика нелинейного резистора, расчет последовательного, параллельного и смешанного соединения нелинейных резисторов.

11. Способы представления и параметры синусоидальных величин.

12. Электрические цепи переменного тока с резистивным, индуктивным, емкостным элементом, фазовые соотношения между током и напряжением. Нахождение индуктивного и емкостного сопротивления.

13. Последовательное соединение активного, индуктивного и емкостного сопротивления, построение векторной диаграммы, резонанс напряжений.

14. Почему при резонансе напряжений ток в цепи будет максимальным?

15. Параллельное и смешанное соединение активного, индуктивного и емкостного сопротивления, построение векторной диаграммы.

16. Условие возникновения резонанса токов.

16. Мощность цепи переменного тока, ее составляющие, коэффициент мощности.

17. Символьный метод расчета электрических цепей переменного тока.

18. Как определить угол сдвига фаз тока по отношению к напряжению?

19. Определение трехфазной цепи, ее преимущества.

20. Основные способы соединения фаз генератора и приемника, понятия фазных и линейных токов (напряжений).

21. Что понимается под симметричной и несимметричной нагрузкой?

22. Соединение приемников звездой, назначение нейтрального провода, соотношение между фазными и линейными напряжениями, построение векторной диаграммы.

23. Каким образом и почему происходит перекос напряжений при отсутствии нейтрального провода при соединении нагрузки по типу звезда?

24. Соединение приемников треугольником, основные соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями при симметричной и несимметричной нагрузках, построение векторной диаграммы.

25. Дать определение и единицы измерения величин: магнитная индукция, магнитный поток, абсолютная магнитная проницаемость, относительная магнитная проницаемость, напряженность магнитного поля.

26. Ферромагнитные материалы и их свойства.

27. Дать понятия: кривая намагничивания, магнитное насыщение, петля гистерезиса, остаточная индукция, потери на гистерезис.

28. Дать определения: магнитная цепь, разветвленная и неразветвленная, однородная и неоднородная.

29. Магнитодвижущая сила, закон полного тока, закон Ома для магнитной цепи.

30. Магнитные цепи с переменным магнитным потоком: действующее значение магнитного потока и ЭДС.

31. Эквивалентная последовательная схема замещения катушки.

32. Определение, назначение, устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

33. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора?

34. Что называется коэффициентом трансформации?

35. Что называется внешней характеристикой трансформатора и как ее получить?

36. Потери в трансформаторе, коэффициент полезного действия.

37. Как выполняют опыты короткого замыкания и холостого хода, для чего предназначены?

38. Электрическая схема замещения трансформатора.

39. Что такое номинальные параметры?

40. Двигатель постоянного тока, принцип действия, устройство 41. Способы возбуждения двигателя постоянного тока, обозначения на схемах.

42. Механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, его преимущества и недостатки 43. Скорость вращения якоря двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, способы регулирования частоты вращения.

44. Генератор постоянного тока, принцип действия, основные параметры.

45. Асинхронные двигатели, принцип действия, устройство двигателя с короткозамкнутым ротором.

46. Скольжение асинхронного двигателя в различных режимах работы, перегрузочная способность.

47. Устойчивость работы, механическая характеристика и расчет числа оборотов асинхронного двигателя.

48. Преимущества и недостатки асинхронного двигателя.

49. Синхронный генератор, принцип действия, устройство, обозначения, расчет числа пар полюсов ротора.

50. Синхронные двигатели, принцип действия, обозначение, достоинства и недостатки.

51. Полупроводники, их типы, p-n переход, его вентильное свойство и вольтамперная характеристика.

52. Полупроводниковые диоды, устройство, виды, назначения, обозначения.

53. Транзисторы, устройство и назначение, биполярные и полевые, обозначения.

54. Тиристоры, устройство и назначение, обозначение.

55. Схема выпрямления переменного тока, ее компоненты и назначение.

56. Одно- и двухполупериодные выпрямители, входной, выходной сигнал 57. Сглаживающие фильтры, входной, выходной сигнал 58. Усилители электрических сигналов, схемы включения транзисторов, коэффициент усиления.

59. Что такое логическая переменная и логический сигнал? Какие значения они могут принимать?

60. Что такое логическая функция?

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 7.1. Основная литература 1. Касаткин А.С. Электротехника : учебник для неэлектротехн. специальностей вузов / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. – М. : Академия, 2008. – 544 с.

2. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике: учеб. пособие для студентов учреждений сред. проф. образования, обучающихся по неэлектротехн. специальностям. – М.: Академия, 2008. – 224 с.

3. Бабичев Ю. Е. Электротехника и электроника: в 2 т. Т. 1. Электрические, электронные и магнитные цепи: учебник для вузов. – М.: Мир горной книги, 2007. – 599 c.

http://www.biblioclub.ru/79262_Elektrotekhnika_i_elektronika_V_2kh_tomakh_Tom_1_Elektricheskie_elektronnye_i_magnitnye_tsepi_Uchebnik_dlya_vuzov.html 7.2. Дополнительная литература 4. Электрические цепи постоянного и переменного тока: методические указания и задания для расчетно-графических работ по курсу «Электротехника и электроника» для студентов специальности 150402 «Горные машины и оборудование» / сост.: А. М. Носов;

ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2008. – 23 с.

5. Электрические цепи постоянного и переменного тока: методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника» для студентов специальности 150402 «Горные машины и оборудование» / сост.: А. М. Носов ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2009. – 55 с.

6. Электрические машины и трансформаторы: методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Электротехника и электроника» для студентов специальности 150402 «Горные машины и оборудование» / сост.: А. М. Носов ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2009. – 52 с.

7. Усс, А. В. Общая электротехника с основами электроники / А. В. Усс, А. С.

Красько, Г. С. Климович. – М.: Высш. шк., 1990. – 415 с.

8. Рекус, Г. Г. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам электроники / Г. Г. Рекус, А. И. Белоусов. – М.: Высш. шк., 2002. – 416 с.

9. Миловзоров О. В. Электроника: учебник для вузов / О. В. Миловзоров, И. Г.

Панков. – М.: Высш. шк., 2004. – 288 с.

10. Марченко А. Л. Основы электроники. Учебное пособие для вузов. – Москва:

ДМК Пресс, 2009. – 294 с.

http://www.biblioclub.ru/47452_Osnovy_elektroniki_Uchebnoe_posobie_dlya_vuzov.ht 11. Электрические цепи постоянного тока: методические указания по самостоятельной работе по курсу «Электротехника и электроника» для студентов специальности 150402 «Горные машины и оборудование» / сост.: А. М. Носов; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2010. – 23 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Лаборатории оснащены соответствующим учебным оборудованием (действующими стендами по выполнению лабораторных работ, плакатами демонстрационными и измерительными приборами; в компьютерных классах имеются обучающие программы, электронные тесты).