До начала сессии студенты ФЗВО посещают консультации по графику университета (1 или посещения с начала учебного года), на которых:

– озвучивается тематика основных разделов дисциплины (отдельно по 1 и 2 части) с их кратким обзором;

– приводится перечень основной и дополнительной литературы по разделам дисциплины (отдельно по 1 и 2 части) для самостоятельного изучения (включая методические указания с заданиями на выполнение расчетно-графической, контрольной и лабораторных работ);

– выдаются задания на РГР (по 1 части дисциплины) и контрольную работу (по 2 части дисциплины) и поясняются основные этапы их выполнения (в случае отсутствия соответствующих методических указаний).

Необходимую литературу, а также методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине студенты ФЗВО получают на время сессии на учебном абонементе в библиотеке ИГЭУ при предъявлении читательского билета. Методические указания по выполнению РГР и контрольной работы по дисциплине студенты получают в методическом кабинете ФЗВО по окончании сессии в 6 и 7 семестрах соответственно.

Допуском к итоговому контролю является полностью выполненные и правильно оформленные студентом РГР и контрольная работа соответственно по 1 и 2 части дисциплины, а также полностью выполненные в 7 и 8 семестрах лабораторные практикумы по дисциплине.

Итоговый (заключительный) контроль проводится в форме письменного зачета (часть 1, семестр) и письменного экзамена (часть 2, 8 семестр) по дисциплине. На зачете билет включает в себя 1 теоретический вопрос из разделов 1 части дисциплины, на экзамене – 1 теоретический вопрос из разделов 2 части дисциплины и 1 задачу. Полный и правильно написанный студентом ответ по теоретической части на экзамене оценивается в 3 балла, правильно решенная задача – в 2 балла.

Общий зачет по 1 части дисциплины выставляется по результатам выполнения РГР и итогового зачета. Итоговая оценка по 2 части дисциплины выставляется с учетом результатов выполнения контрольной работы и оценки, полученной на экзамене.

Фонды оценочных средств, содержащие типовые задания на РГР и контрольную работу соответственно по 1 и 2 части дисциплины, а также комплект билетов итогового (заключительного) контроля (зачета по 1 части, экзамена – по 2 части) для оценки результатов обучения (РО) по дисциплине «Электрические и электронные аппараты», включены в состав УМК дисциплины и перечислены в Приложении 4.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. – М.: Мир, 1988. – 392 с.

3. Зельдин В.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 280 с.

4. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. – М.: Высшая школа, 1987. – 272 с.

5. Мышляева И.М. Цифровая схемотехника. – М.: Академия, 2005. – 400 с.

6. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. – М.: Горячая линияТелеком, 2007. – 336 с.

7. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 718 с.

8. Акимов Е.Г. и др. Выбор электрических аппаратов для электроприводов промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 132 с.

9. Низковольтные электрические аппараты. Справочник. В 3-х частях. 1991.

10. Залесский А.М., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. – Л.: Энергия, 11. Теория электрических аппаратов / под ред. Г.Н. Александрова. – М.: Высшая школа, 1985. – 12. Родштейн Л. А. Электрические аппараты. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 304 с.

13. Таев Н.С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения. – М.: Энергия, 1965. – 224 с.

14. Львова Е.Л. Магнитные усилители в технике автоматического регулирования. – М.: Энергия, 15. Таев И. С. Электрические аппараты управления. – М.: Высшая школа, 1984. – 247 с.

16. Кобленц М. Г. Силовые герконы. – М.: Энергия, 1979. – 177 с.

Дополнительная литература 1. Янсен Й. Курс цифровой электроники: в 4-х т. – М.: Мир, 1987.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х т. – М.: Мир, 1993.

3. Пикунов В.В. Электронные аппараты: учеб. пособие / В.В. Пикунов; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2003. – 112 с.

4. Буткевич Г.В. и др. Задачи по электрическим аппаратам. – М.: Высшая школа, 1987. – 232 с.

5. Электрические аппараты: метод. указ. к проведению лаб. работ по первой части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов, М.А. Соломаничев. – Иваново, 2011. – 36 с.

6. ГОСТ 2.743-91. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. – М.: Издательство стандартов, 2003. – 44 с.

7. Морозов Н.А. Правила оформления отчетной документации в учебном процессе: метод. пособие / Н.А. Морозов; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Иваново, 2009. – 104 с.

8. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по первой части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов. Иваново, 2008. – 24 с.

9. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по второй части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов. Иваново, 2008. – 20 с.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

– комплект электронных презентаций/слайдов, используемых, по мере необходимости, с переносными проектором, экраном и ноутбуком;

– комплект контурных рисунков.

6.2. Практические занятия Материально-техническое обеспечение практических занятий составляют:

– комплект электронных презентаций/слайдов, используемых, по мере необходимости, с переносными проектором, экраном и ноутбуком;

– набор реальных объектов.

6.3. Лабораторные работы Материально-техническое обеспечение лабораторных работ, выполняемых студентами по 1 части дисциплины, представлено в виде двух одинаковых специализированных стендов для исследования электрических аппаратов, расположенных в лаборатории ЭМ (А-166) и включающих в себя следующие функциональные блоки:

– электромагнитное реле переменного тока;

– электромеханическое реле времени;

– магнитный пускатель в комплекте с асинхронным двигателем;

– плавкие предохранители (по 3 гнезда на каждом блоке);

– однофазный автоматический воздушный выключатель;

– тепловое реле.

Материально-техническое обеспечение лабораторных работ, выполняемых студентами по 2 части дисциплины, представлено в виде виртуальных стендов (модельных схем) для исследования электронных аппаратов (цифровых логических устройств), реализованных в программном комплексе Electronics Workbench, установленном на учебных компьютерах, расположенных в кабинете проектирования каф.

ЭП и АПУ (А-429) и включающих в себя:

– модельные схемы для исследования простейших логических элементов – 5 шт.;

– модельные схемы для исследования типовых комбинационных устройств (на примере шифраторов троичной клавиатуры) – 2 шт.

АННОТАЦИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ»

Дисциплина реализуется на электромеханическом факультете кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок».

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

общекультурных (ОК):

– способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

– готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);

– готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

– способность и готовность осуществлять свою деятельность в различных сферах общественной жизни с учетом принятых в обществе моральных и правовых норм (ОК-8).

профессиональных (ПК):

– способность разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);

– способность применять способы графического отображения геометрических образов изделий и объектов электрооборудования, схем и систем (ПК-12);

– способность использовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и происходящих в них процессов (ПК-18);

– готовность участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38);

– готовность изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-39);

– готовность планировать экспериментальные исследования (ПК-40);

– готовность понимать существо задач анализа и синтеза объектов в технической среде (ПК-41);

– готовность участвовать в составлении научно-технических отчетов (ПК-42);

– способность применять методы испытаний электрооборудования и объектов электроэнергетики и электротехники (ПК-43);

– способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44);

– готовность использовать технические средства испытаний технологических процессов и изделий (ПК-45).

профильно-специализированных (ПСК):

– готовность проводить эскизное проектирование отдельных узлов низковольтных комплектных устройств (НКУ) и электропривода (ЭП) в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных методов (ПСК-3);

– готовность составлять техническую документацию, а также установленную отчетность по утвержденным формам (ПСК-8).

Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им ориентироваться в вопросах изучения основ общей теории электрических аппаратов и цифровой электроники.

Уровень освоения дисциплины должен позволять студентам: проводить типовые расчеты параметров и осуществлять выбор электрических аппаратов, строить различного рода характеристики, позволяющие качественно выбирать защитную электрическую аппаратуру, использовать законы алгебры логики и методику синтеза электронных цифровых устройств и элементов простейшей микроЭВМ, а также строить их типовые функциональные схемы.

В результате изучения дисциплины «Электрические и электронные аппараты» студент должен:

знать: электрические и электронные аппараты, как средства управления режимами работы, защиты и регулирования параметров электротехнических и электроэнергетических систем; физические явления в электрических аппаратах и основы их теории и цифровой электроники;

уметь: применять, эксплуатировать и производить выбор электрических и электронных аппаратов; формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде научно-технического отчета с его публичной защитой;

владеть: навыками исследовательской работы в области электрических и электронных аппаратов; методами расчета параметров релейной защиты и автоматики.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса:

лекции, практические занятия, лабораторные работы, самостоятельную работу студентов.

Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: посещение консультаций, выполнение расчетно-графической и контрольной работ по 1 и 2 части дисциплины соответственно, а также итоговые (рубежные) контроли в форме письменного зачета (часть 1, 7 семестр) и письменного экзамена (часть 2, 8 семестр) по дисциплине.

Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 часов).

Программой дисциплины предусмотрены лекционные (6 + 6 = 12 часов), практические (4 часа в семестре), лабораторные (8 + 8 = 16 часов) занятия, самостоятельная работа студента (90 + 94 = часа).

ТЕХНОЛОГИИ И ФОРМЫ ПРЕПОДАВАНИЯ

Лекция, открывающая конкретный раздел, должна включать в себя обзорную часть по теме, а далее продолжаться как проблемная лекция с постановкой основных изучаемых вопросов и путей их решения. По окончании раздела целесообразно сделать заключение в виде лекции-консультации или лекции-беседы, которая сняла бы недопонимание студентов сути проблемы или возникшие вопросы.

Практические занятия по 1 части дисциплины (7 семестр) призваны закрепить на практике:

методику решения типовых задач, связанных с расчетом магнитных цепей и катушек электромагнитов постоянного и переменного тока; методику расчета основных параметров и выбора электрических аппаратов; способы применения релейно-контакторной аппаратуры в схемах управления пуском и торможением электродвигателей; методику решения типовых задач, связанных с нагревом электрических аппаратов.

Проведение практических занятий по 2 части дисциплины (8 семестр) учебным планом не предусмотрено.

Лабораторные работы в 7 семестре выполняются на учебном лабораторном комплексе «Электрические аппараты». Данный комплект лабораторного оборудования позволяет студентам выполнять лабораторные работы по 1 части учебной дисциплины «Электрические и электронные аппараты».

Лабораторные работы в 8 семестре выполняются на виртуальных лабораторных стендах, реализованных в программном комплексе Electronics Workbench, установленном на учебных компьютерах, расположенных в кабинете проектирования каф. ЭП и АПУ (А-429). Данные виртуальные стенды позволяют студентам выполнять лабораторные работы по 2 части учебной дисциплины «Электрические и электронные аппараты».

Преподавание дисциплины ведется с применением следующих видов образовательных технологий:

Case-study: анализ реальных проблемных ситуаций, имеющих место в области изучения общей теории электрических аппаратов и основ цифровой электроники и поиск вариантов лучших решений.

Работа в команде: совместная работа студентов в группе из 3–5 человек при выполнении лабораторных работ по 1 и 2 части дисциплины.

Раздел 1. Общие сведения об электрических аппаратах. Электромагниты постоянного и переменного тока. Электромагнитные реле. Контакторы и магнитные пускатели Теоретические занятия (лекции) – 3 часа.

Лекция 1. Вводная часть. Основные свойства и характеристики электрических аппаратов (ЭА).

Энергетический баланс электромагнита (ЭМ).

Содержание: краткие сведения из истории развития теории и конструирования ЭА, классификация электрических аппаратов по назначению, напряжению, степени защищенности, воздействию механических и климатических факторов, требования к ЭА, обозначения ЭА и их элементов в электрических схемах, основные свойства и характеристики ЭА, магнитная цепь ЭМ постоянного тока, законы Кирхгофа для магнитных цепей, понятие магнитной проводимости, магнитная проводимость воздушных зазоров, энергетический баланс электромагнита, тяговая характеристика ЭМ постоянного и переменного тока, согласование тяговых и противодействующих сил, однофазный и трехфазный ЭМ, сравнение ЭМ постоянного и переменного тока.

Лекция 2. Динамика ЭМ постоянного и переменного тока. Электромеханические реле времени.

Содержание: режимы включения и отключения ЭМ, время трогания и движения якоря, режим отпускания ЭМ, ускорение и замедление срабатывания ЭМ, динамика ЭМ переменного тока, схемы включения реле времени, реле времени с механическим замедлением.

Лекция 3. Магнитные цепи ЭА.

Содержание: расчет магнитных цепей ЭА, расчет магнитной цепи на постоянном токе с учетом сопротивления стали без учета и с учетом потоков рассеивания, расчет магнитной цепи на переменном токе, влияние потоков рассеивания на характеристики ЭМ переменного тока.

Лекция 4. Обмотки электромагнитов.

Содержание: расчет обмоток ЭМ постоянного и переменного тока, пересчет обмоток ЭМ на другое напряжение.

Лекция 5. Электромагнитные реле: виды, основные параметры, классификация и обозначение на схемах. Герконовые реле.

Содержание: электромагнитное реле и его основные параметры, классификация реле и обозначение на схемах, коэффициент возврата реле, электромагнитные реле тока и напряжения, поляризованное реле и его основные настройки, тепловое реле и его конструкция, схемы максимальной токовой защиты двигателя и защиты от понижения напряжения, герконовые реле: типы и конструкция, управление, достоинства и недостатки.

Лекция 6. Контакторы постоянного и переменного тока. Магнитные пускатели: основные требования, конструкция и схемы включения.

Содержание: контакторы постоянного тока: конструкция ЭМ и дугогасительного устройства, основные характеристики, контакторы переменного тока: особенности ЭМ и контактной системы, магнитные пускатели: основные требования, конструкция и схемы включения, использование контакторов и реле в схемах управления пуском и торможением двигателей постоянного и переменного тока, выбор контакторов и пускателей.

Практические занятия – 2 часа.

Занятие 1. Расчет магнитных цепей ЭА постоянного и переменного тока. Расчет обмоток ЭМ постоянного и переменного тока.

Отработка методик расчета магнитных цепей ЭА и обмоток ЭМ на постоянном и переменном токе путем решения конкретных типовых задач.

Лабораторные работы – 4 часа, 2 работы.

Лабораторная работа 1. Определение коэффициента возврата электромагнитного реле переменного тока (2 часа).

Работа проводится на реальном оборудовании бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с перечнем используемой аппаратуры, сборку электрической схемы экспериментального стенда по заданию, проведение эксперимента по определению токов срабатывания и отпускания якоря (согласно установленному алгоритму), расчет экспериментального значения коэффициента возврата реле, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Лабораторная работа 2. Исследование электромеханического реле времени (2 часа).

Работа проводится на реальном оборудовании бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с перечнем используемой аппаратуры, сборку электрической схемы экспериментального стенда по заданию, проведение серии экспериментов по определению тока и времени срабатывания реле в зависимости от выставленной уставки по времени (согласно установленному алгоритму), построение экспериментальной зависимости времени срабатывания реле от значения его уставки по времени, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Управление самостоятельной работой студента – 78 часов.

Самостоятельная работа связана с полным выполнением всех этапов РГР – 64 часа и ее оформлением – 8 часов.

Дополнительно 6 часов отведено на подготовку к выполнению, оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ 1 и 2.

Раздел 2. Электрические контакты и дугогашение. Нагрев электрических аппаратов Теоретические занятия (лекции) – 1 час.

Лекция 7. Электрические контакты ЭА: материалы, конструкция, типы и режимы работы.

Содержание: материалы электрических контактов и их конструкция, типы электрических контактов и режимы их работы, включение и выключение электрической цепи, режим короткого замыкания.

Лекция 8. Электрическая дуга в ЭА. Условия горения и гашения дуги на постоянном и переменном токе.

Содержание: параметры электрической дуги и ее характеристики, условия горения и гашения электрической дуги на постоянном и переменном токе, горение электрической дуги переменного тока при активной и индуктивной нагрузке, защита обмоток реле, контакторов и возбуждения двигателей при отключении напряжения, способы гашения электрической дуги и конструкция дугогасительных устройств.

Лекция 9. Вопросы теории нагрева ЭА.

Содержание: потери энергии в ЭА, передача тепла внутри ЭА, нагрев ЭА в переходных режимах, уравнение нагрева электрического аппарата и основные допущения, режимы работы ЭА: длительный, кратковременный, повторно-кратковременный, постоянная времени нагрева и ее физический смысл, нагрев электрических аппаратов и электродинамические усилия при коротком замыкании.

Практические занятия – 1 час.

Занятие 2. Нагрев ЭА.

Отработка методики расчета процесса нагрева ЭА на постоянном и переменном токе путем решения конкретных типовых задач.

Лабораторные работы – не предусмотрены.

Управление самостоятельной работой студента – часы на СРС не выделяются.

Раздел 3. Защитные электрические аппараты. Магнитные усилители Теоретические занятия (лекции) – 2 часа.

Лекция 10. Автоматические воздушные выключатели: требования к конструкции, выбор и настройка. Плавкие предохранители.

Содержание: автоматические воздушные выключатели: конструкция, назначение, основные узлы, выбор и настройки автоматического выключателя для защиты электродвигателей и электрических сетей, быстродействующие автоматические выключатели, плавкие предохранители: конструкция и выбор для защиты электрических двигателей.

Лекция 11. Магнитные усилители: основные виды, схемы соединения и обратные связи.

Содержание: дроссель насыщения: схемы соединения и характеристики, двухтактный магнитный усилитель, обратные связи в магнитных усилителях.

Практические занятия – 1 час.

Занятие 3. Использование реле и контакторов в схемах автоматического пуска и торможения электродвигателей.

Разбор примеров типовых схем и способов включения реле и контакторов для режимов автоматического пуска и торможения электродвигателей.

Лабораторные работы – 4 часа, 2 работы.

Лабораторная работа 3. Исследование автоматического воздушного выключателя (2 часа).

Работа проводится на реальном оборудовании бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с перечнем используемой аппаратуры, сборку электрической схемы экспериментального стенда по заданию, проведение серии экспериментов по определению тока и времени срабатывания автоматического выключателя (согласно установленному алгоритму), построение по экспериментальным данным времятоковой характеристики выключателя, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Лабораторная работа 4. Исследование времятоковой характеристики теплового реле (2 часа).

Работа проводится на реальном оборудовании бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с перечнем используемой аппаратуры, сборку электрической схемы экспериментального стенда по заданию, проведение серии экспериментов по определению тока и времени срабатывания реле (согласно установленному алгоритму), построение по экспериментальным данным времятоковой характеристики теплового реле, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Управление самостоятельной работой студента – 8 часов.

Самостоятельная работа связана с подготовкой к выполнению, оформлением отчетов и подготовкой к защите лабораторных работ 3 и 4 – 6 часов.

Дополнительно 2 часа отведено на подготовку к сдаче итогового (заключительного) контроля в форме письменного зачета по дисциплине.

Управление самостоятельной работой студента на зачете – 4 часа.

Самостоятельная работа связана с письменным ответом на 1 теоретический вопрос билета с последующей проверкой правильности полученного ответа.

Расчетно-графическая работа Трудоемкость выполнения РГР составляет 72 часа за счет самостоятельной работы студента, включающей: ручной расчет всех этапов согласно заданию на РГР, выполнение рисунков и графиков и оформление.

На этапе 1 студенты составляют расчетные схемы замещения магнитной цепи ЭМ без учета и с учетом сопротивления стали, выполняют расчет значений: магнитных проводимостей рабочих и нерабочих воздушных зазоров, проводимости потоков рассеяния, полной магнитной проводимости магнитной системы, силы тяги ЭМ для заданного значения МДС катушек.

На этапе 2 студенты производят выбор конструкции и размеров катушек ЭМ с учетом заданных размеров его магнитной системы, выполняют расчет катушки ЭМ при питании ее постоянным и переменным током, рассчитывают и строят тяговые характеристики ЭМ на постоянном и переменном токе (в одних координатных осях) и зависимость индуктивного сопротивления катушки на переменном токе от величины зазора без учета сопротивления стали, а также определяют величину тока в катушке ЭМ переменного тока при максимальном и минимальном зазорах без учета потерь в стали.

Вариант задания на РГР студенты определяют по двум последним цифрам номера своей зачетной книжки (п. 3.8 программы).

Большое разнообразие допустимых численных значений задаваемых параметров предопределяет индивидуальность РГР при типовом характере ее выполнения.

Раздел 4. Общие сведения об электронных аппаратах. Коды и двоичная арифметика Теоретические занятия (лекции) – 1 час.

Лекция 12. Коды и двоичная арифметика: основные понятия и определения.

Содержание: понятие о кодах и системах счисления, особенности двоичной записи чисел, понятие о параллельных и последовательных кодах, компактная запись двоичных чисел, перевод чисел из одной системы счисления в другую, двоичные коды для ввода и вывода чисел, сложение и вычитание двоичных чисел, представление в ЭВМ положительных и отрицательных чисел, сложение двоичных чисел со знаком, сложение и вычитание двоично-десятичных чисел, понятие о двоичном умножении, семисегментный код.

Практические занятия – не предусмотрены.

Лабораторные работы – не предусмотрены.

Управление самостоятельной работой студента – часы на СРС не выделяются.

Раздел 5. Логические функции и элементы. Типовые комбинационные устройства Теоретические занятия (лекции) – 3 часа.

Лекция 13. Логические переменные, функции и элементы: общие сведения.

Содержание: обзор основных логических функции и элементов, законы алгебры логики, диоднотранзисторная логика, стандартная транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), основные параметры логических элементов, современная ТТЛ логика, логические функции простейших релейноконтактных схем, комплементарная МОП (КМОП) логика, цифровые интегральные микросхемы (общие сведения), проблема «свободных входов».

Лекция 14. Комбинационные устройства: понятие, основные виды и синтез.

Содержание: дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, понятие о комбинационных устройствах, мультиплексор как универсальное комбинационное устройство, понятие о ДСНФ и КСНФ, понятие о синтезе комбинационных устройств, карты Карно, шифраторы, сумматоры, арифметико-логические устройства, постоянные запоминающие устройства, программируемые логические интегральные схемы.

Практические занятия – не предусмотрены.

Лабораторные работы – 8 часов, 2 работы.

Лабораторная работа 5. Исследование простейших логических функций на базе электронных схем простейших логических элементов (4 часа).

Работа проводится на виртуальных стендах, реализованных в программном комплексе Electronics Workbench, бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с панелью инструментов виртуального стенда, сборку модельных схем простейших логических функций (элементов) согласно заданию и их синтез, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Лабораторная работа 6. Синтез типовых комбинационных устройств на базе электронных схем шифраторов троичной клавиатуры (4 часа).

Работа проводится на виртуальных стендах, реализованных в программном комплексе Electronics Workbench, бригадами от 3 до 5 человек и включает в себя ознакомление с панелью инструментов виртуального стенда, сборку модельных схем типовых комбинационных устройств – шифраторов троичной клавиатуры согласно заданию и их синтез, определение типа блокировки в указанных схемах шифраторов, выводы по работе на основе анализа полученных результатов.

Управление самостоятельной работой студента – 81 час.

Самостоятельная работа связана с полным выполнением всех этапов контрольной работы – часа и ее оформлением – 3 часа.

Дополнительно 6 часов отведено на подготовку к выполнению, оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ 5 и 6.

Раздел 6. Последовательностные устройства (конечные автоматы).

Теоретические занятия (лекции) – 2 часа.

Лекция 15. Конечные автоматы: понятие и основные виды.

Содержание: R–S-триггер, релейно-контакторный R–S-триггер, управление записью информации в триггер, J–K триггер, счетный триггер, D-триггеры, регистры памяти, оперативные запоминающие устройства, понятие о конечных автоматах, сдвиговые регистры, счетчики.

Лекция 16. Архитектура простейшей микро-ЭВМ и центрального процессора.

Содержание: программно доступные регистры микро-ЭВМ, понятие о системе команд и мнемонике команды, команды: пересылки кодов, арифметико-логической обработки, передачи управления, стековая память и работа с ней, команды управления микропроцессором, влияние команды на регистр признаков, машинные такты.

Практические занятия – не предусмотрены.

Лабораторные работы – не предусмотрены.

Управление самостоятельной работой студента – 4 часа.

Самостоятельная работа связана с подготовкой к сдаче итогового (заключительного) контроля в форме письменного экзамена по дисциплине.

Управление самостоятельной работой студента на экзамене – 9 часов.

Самостоятельная работа связана с письменным ответом на 1 теоретический вопрос и решением задачи билета с последующей проверкой правильности полученных ответов.

Контрольная работа Трудоемкость выполнения контрольной работы составляет 75 часов за счет самостоятельной работы студента, включающей: ручной расчет всех этапов согласно заданию на контрольную работу, выполнение эскизов схем синтезированных комбинационных устройств и оформление.

В ходе выполнения задания 1 контрольной работы студенты решают следующие задачи:

– составление таблицы истинности искомого комбинационного логического устройства;

– составление логического уравнения устройства путем использования дизъюнктивной и конъюнктивной совершенных нормальных форм (ДСНФ и КСНФ);

– минимизация полученного логического уравнения путем использования законов алгебры логики и карты Карно;

– построение схемы комбинационного логического устройства на базе электромагнитных реле;

– построение вариантов схем синтезированного устройства на базе интегральных микросхем серии 531.

Исходные данные для выполнения задания 1 представлены в виде таблицы истинности искомого комбинационного логического устройства, которую студенты составляют на основе номера своей зачетной книжки, и заданных в двоичном коде вариантов состояний трех логических переменных.

Двоичный код состояния выходной логической переменной искомого комбинационного логического устройства одинаков для всех полученных вариантов состояний входных переменных.

В ходе выполнения задания 2 студенты решают следующие задачи:

– преобразование десятичных чисел полученных вариантов состояний входных переменных устройства в двоичный четырехразрядный код;

– присвоение каждому разряду полученного двоичного кода входных логических переменных произвольного буквенного обозначения и представление его в виде таблицы;

– составление логического уравнения искомого комбинационного устройства в буквенном виде;

– минимизация полученного логического уравнения путем использования законов алгебры логики и карты Карно;

– построение схемы комбинационного логического устройства на базе электромагнитных реле;

– построение вариантов схем синтезированного устройства на базе интегральных микросхем серии K155 и 531.

Исходные данные для выполнения задания 2 представлены в виде логического уравнения искомого комбинационного логического устройства. Уравнение задано в виде зависимости состояния выходной логической переменной устройства от суммы состояний трех входных переменных, варианты которых студенты определяют по номеру своей зачетной книжки.

Большое разнообразие вариантов состояний входных логических переменных синтезируемых комбинационных устройств предопределяет индивидуальность контрольной работы при однотипности алгоритма ее выполнения.

ТЕХНОЛОГИИ И ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ

Рекомендации по распределению учебного времени по видам самостоятельной работы и разделам дисциплины приведены в табл. П3.

Таблица П Раздел 1. Общие сведения об электрических аппаратах. Электромагниты постоянного и переменного тока. Электромагнитные реле.

Выполнить расчет значений: магнитных проводимостей воздушных Выполнение этапа зазоров, проводимости потоков рассеяния, полной магнитной про- [8] в сп. доп. литер. (разд. 5).

Выполнение этапа 2 постоянном и переменном токе, зависимости индуктивного сопров сп. доп. литер. (разд. 5).

РГР тивления катушки на переменном токе от величины зазора.

экспериментального значения коэффициента возврата реле и обраработы ботки данных, особенности используемой аппаратуры, электрическую схему для проведения экспериментов.

Оформление отчета Выполнить расчет значения коэффициента возврата реле, сделать работе 1 Работу оформить как технический отчет.

Исследование электромеханического реле времени: изучить метоПодготовка особенности используемой аппаратуры, электрическую схему для работы Оформление отчета Построить зависимость времени срабатывания реле от его уставки по лабораторной по времени по полученным данным эксперимента, сделать выводы. работе 2 Работу оформить как технический отчет.

Исследование автоматического воздушного выключателя: изучить Подготовка методику снятия экспериментальной времятоковой характеристики зуемой аппаратуры, электрическую схему для проведения экспериработы Оформление отчета Построить экспериментальную времятоковую характеристику по лабораторной выключателя по полученным данным эксперимента, сделать выводы. работе 3 Работу оформить как технический отчет.

Исследование времятоковой характеристики теплового реле: изуПодготовка используемой аппаратуры, электрическую схему для проведения работы Оформление отчета Построить экспериментальную времятоковую характеристику реле, работе 4 Работу оформить как технический отчет.

Подготовка к сдаче Ознакомиться с перечнем теоретических вопросов по билетам итов сп. доп. литер. (разд. 5);

Итоговый контроль зачета по дисциплине Итого по 1 части дисциплины: Выполнение Разработать комбинационное логическое устройство на интегральзадания 1 ных микросхемах серии 531, обеспечивающее включение исполни- [9] в сп. доп. литер. (разд. 5).

контрольной работы тельного органа в функции трех логических переменных.

Выполнение Разработать комбинационное логическое устройство на интегральзадания 2 ных микросхемах серии K155 и 531, обеспечивающее включение [9] в сп. доп. литер. (разд. 5).

контрольной работы исполнительного органа в функции трех логических переменных.

Исследование простейших логических функций на базе электронПодготовка схем простейших логических функций (элементов) согласно задаработы Оформление отчета Выполнить синтез простейших логических функций (элементов), работе 5 Работу оформить как технический отчет.

Подготовка ознакомиться с инструментарием виртуального стенда, произвести работы Оформление отчета Определить вид блокировки, реализуемой собранными модельными работе Раздел 6. Последовательностные устройства (конечные автоматы). Микропроцессоры и микро-ЭВМ экзамена Разобраться в методике решения типовых задач по основным раз- [1–3, 6, 9] в сп. доп. литер. (разд. 5).

Итоговый контроль в форме письменного Подготовить полные и правильные письменный ответ на 1 теореэкзамена тический вопрос и решение 1 задачи билета.

по дисциплине

ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА И МЕТОДИКИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Фонды оценочных средств, позволяющие оценить РО по данной дисциплине, включают в себя:

– задания к РГР (по 1 части дисциплины), посвященной расчету электромагнита (ЭМ) на постоянном и переменном токе (находятся в УМКД);

– задания к контрольной работе (по 2 части дисциплины), связанной с разработкой комбинационных логических устройств на интегральных микросхемах серии 531 (задание 1) и серии K155 и (задание 2), обеспечивающих включение исполнительного органа в функции трех заданных логических переменных (находятся в УМКД);

– комплект билетов зачета по 1 части дисциплины (находится в УМКД);

– комплект экзаменационных билетов по 2 части дисциплины (находится в УМКД).

Текущее тестирование Проводится в процессе обучения на практических занятиях по основным разделам 1 части дисциплины.

Домашние задания Правильно выполненная (после исправления всех недочетов) и полностью оформленная РГР является допуском студента к сдаче итогового контроля (зачета) по 1 части дисциплины.

Правильно выполненная (после исправления всех недочетов) и полностью оформленная контрольная работа является допуском студента к сдаче итогового контроля (экзамена) по 2 части дисциплины.

Лабораторные работы Допуск к лабораторной работе осуществляется в виде беседы с бригадой для контроля знания полной программы и порядка проведения всех опытов в данной работе. Отсутствие правильного ответа хотя бы одного члена бригады означает отстранение от работы всей бригады до момента полной готовности к выполнению работы.

При защите отчета по лабораторной работе учитывается его соответствие требованиям, предъявляемым к техническому отчету (согласно ГОСТ 7.32-2001), и знание студентом теории исследуемой проблемы. Отчет не может быть принят и подлежит доработке в случае: отсутствия необходимых разделов, отсутствия требуемого графического материала, отсутствия исходных данных, наличия грубых ошибок при обработке результатов экспериментов.

Предусмотренные учебным планом итоговый контроль (зачет) по 1 части дисциплины и итоговый контроль (экзамен) по 2 части дисциплины проводятся в письменной форме. Общий зачет по части дисциплины выставляется по результатам выполнения РГР и итогового зачета. Итоговая оценка по 2 части дисциплины выставляется с учетом результатов выполнения контрольной работы и оценки, полученной на экзамене.

Требования к отчетной документации Отчетная документация студента должна соответствовать требованиям к техническому отчету (согласно ГОСТ 7.32-2001). Отчеты по лабораторным работам включают в себя титульный лист, программу работы, электрические (или модельные) схемы, первичную информацию проведенных опытов в виде таблиц, пример расчета необходимых величин (или этапов синтеза комбинационных устройств), построенные в соответствии с нормами ЕСКД графические иллюстрации и, при необходимости, сделанные по результатам работы выводы.

РГР выполняется на листах формата А4 и включает в себя титульный лист, содержание, задание, изложение основной части работы, разделенное на разделы, подразделы и пункты (согласно заданию), список использованных источников литературы и приложения (если они необходимы).

Контрольная работа выполняется на листах формата А4 или на тетрадных листах в клетку и включает в себя титульный лист, задания 1 и 2, изложение основной части работы (отдельно по каждому заданию), разделенное на разделы, подразделы и пункты (согласно заданию), список использованных источников литературы и приложения (если они необходимы).

ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

– разработать схемы замещения магнитной цепи ЭМ без учета и с учетом сопротивления стали;

– рассчитать магнитные проводимости рабочих и нерабочих воздушных зазоров для пяти значений зазора: max; 0,7max; 0,4max; 0,16max и min;

– рассчитать проводимость потоков рассеяния;

– определить полную магнитную проводимость магнитной системы с учетом потоков рассеяния для указанных выше значений воздушного зазора;

– определить силу тяги ЭМ для заданного значения МДС катушек;

– выбрать конструкцию и размеры катушек с учетом заданных размеров магнитной системы;

– рассчитать катушку при питании ее постоянным током;

– рассчитать катушку при питании ее переменным током частотой 50 Гц так, чтобы при минимальном зазоре электромагнит развивал такую же силу тяги, как и при питании постоянным током;

– рассчитать и построить на одном графике тяговые характеристики ЭМ на постоянном и переменном токе;

– рассчитать и построить зависимость индуктивного сопротивления катушки на переменном токе от величины зазора без учета сопротивления стали;

– определить ток в катушке ЭМ переменного тока при максимальном и минимальном зазорах без учета потерь в стали.

Все этапы расчета должны содержать подробные выкладки.

Полностью оформленную работу необходимо представить выполненной вручную или в распечатанном виде (в случае электронного оформления) на листах формата А4 с соблюдением норм действующих ГОСТов и ЕСКД.

Основная литература:

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по первой части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов. Иваново, 2008. – 24 с.

Список дополнительной литературы:

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 718 с.

2. Акимов Е.Г. и др. Выбор электрических аппаратов для электроприводов промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 132 с.

3. Низковольтные электрические аппараты. Справочник. В 3-х частях. 1991.

4. Залесский А.М., Кукеков Г.А. Тепловые расчеты электрических аппаратов. – Л.: Энергия, 1967.

– 375 с.

5. Теория электрических аппаратов / под ред. Г.Н. Александрова. – М.: Высшая школа, 1985. – 312 с.

6. Родштейн Л. А. Электрические аппараты. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 304 с.

7. Таев Н.С. Электрическая дуга в аппаратах низкого напряжения. – М.: Энергия, 1965. – 224 с.

8. Львова Е.Л. Магнитные усилители в технике автоматического регулирования. – М.: Энергия, 1971. – 552 с.

9. Таев И. С. Электрические аппараты управления. – М.: Высшая школа, 1984. – 247 с.

10. Кобленц М. Г. Силовые герконы. – М.: Энергия, 1979. – 177 с.

11. Буткевич Г.В. и др. Задачи по электрическим аппаратам. – М.: Высшая школа, 1987. – 232 с.

12. Электрические аппараты: Метод. указ. к проведению лаб. работ по первой части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов, Соломаничев М.А. – Иваново, 2011. – 36 с.

13. Морозов Н.А. Правила оформления отчетной документации в учебном процессе: метод. пособие / Н.А. Морозов; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Иваново, 2009. – 104 с.

ОБРАЗЕЦ ЗАДАНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Требуется:

– в соответствии с шифром задания составить таблицу истинности комбинационного устройства;

– используя дизъюнктивную и конъюнктивную формы (ДСНФ и КСНФ), написать логическое уравнение автомата;

– выполнить преобразование уравнения, используя законы алгебры логики и карты Карно;

– построить схему логического автомата, используя электромагнитные реле;

– построить варианты схем автомата на основе интегральных микросхем.

Разработать комбинационное логическое устройство (КЛУ) на интегральных микросхемах серии K155 и 531, обеспечивающее включение исполнительного органа по следующей схеме:

где X1, X2, X3 выбираются в соответствии с шифром задания.

Требуется:

– преобразовать десятичные числа варианта входных переменных в двоичный четырехразрядный код;

– каждому разряду двоичного кода входных переменных присвоить произвольное буквенное обозначение и представить в виде таблицы;

– используя буквенные обозначения входных переменных, составить уравнение для Y;

– произвести упрощение уравнения;

– построить схему КЛУ, используя электромагнитные реле;

– построить варианты схем автомата на основе интегральных микросхем.

Все этапы заданий 1 и 2 выполнить с подробными выкладками.

Полностью оформленную контрольную работу представить выполненной вручную на тетрадных листах в клетку или в распечатанном виде (в случае электронного оформления) на листах формата А с соблюдением норм действующих ГОСТов и ЕСКД.

Основная литература:

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по второй части курса «Электрические и электронные аппараты» / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Сост. В.Ф. Глазунов. Иваново, 2008. – 20 с.

Список дополнительной литературы:

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. – М.: Высшая школа, 1982. – 496 с.

2. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. – М.: Мир, 1988. – 392 с.

3. Зельдин В.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 280 с.

4. Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. – М.: Высшая школа, 1987. – 272 с.

5. Мышляева И.М. Цифровая схемотехника. – М.: Академия, 2005. – 400 с.

6. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. – М.: Горячая линияТелеком, 2007. – 336 с.

7. Янсен Й. Курс цифровой электроники: в 4-х т. – М.: Мир, 1987.

8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х т. – М.: Мир, 1993.

9. Пикунов В.В. Электронные аппараты: учеб. пособие / В.В. Пикунов; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2003. – 112 с.

10. ГОСТ 2.743-91. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники. – М.: Издательство стандартов, 2003. – 44 с.

11. Морозов Н.А. Правила оформления отчетной документации в учебном процессе: метод. пособие / Н.А. Морозов; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Иваново, 2009. – 104 с.

ОБРАЗЦЫ БИЛЕТОВ ЗАЧЕТА

Магнитные пускатели.

Тяговая характеристика электромагнита постоянного и переменного тока. Согласование тяговых и противодействующих сил.

Классификация электромагнитных реле. Понятие о коэффициенте возврата реле.

ОБРАЗЦЫ БИЛЕТОВ ЭКЗАМЕНА

2. Получите КСНФ комбинационного устройства, если его таблица истинности имеет вид:

1. Законы алгебры логики.

2. Получите обратный код числа 010B и прямой код числа –7.

1. Сумматоры.

2. Сложите числа 01112–10 и 00012–10.

1. R-S триггер.

2. Изобразите функциональную схему цифрового устройства, реализующего логическую функ-