Подготовка к лабораторной работе
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Институт электроэнергетики и информатики Кафедра электрооборудования и энергоснабжения
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по образованию
____________В.Я. Шевченко
«___»______________2015 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Электротехника и электропривод»
для студентов всех форм обучения
направления подготовки 44.03.04Профессиональное обучение (по отраслям)
профили «Транспорт», «Машиностроение и материалообработка», «Металлургия»
Екатеринбург
РГППУ
2015
Учебно-методический комплексдисциплины «Электротехника и электропривод». Екатеринбург, ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2015. 73 с.
Учебно-методический комплексдисциплины составлен в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям).
| Составитель: канд. пед. наук, доцент, заведующий кафедрой электрооборудования и энергоснабжения А.О. Прокубовская | ||
| Рецензент: канд. пед. наук, доцент, директор института инженерно-педагогического образования Е.В. Чубаркова | ||
Одобрен на заседании кафедры электрооборудования и энергоснабжения. Протокол от «11» декабря 2015 г. № 5.
|
|
|
| Заведующий кафедройэлектрооборудования и энергоснабжения | А.О. Прокубовская |
Рекомендован к печати научно-методической комиссией института инженерно-педагогического образования РГППУ. Протокол от«16» декабря 2015 г. № 4.
| Председатель научно-методической комиссии ИИПО | А.О. Прокубовская | |
| Зам. директора научной библиотеки | Е.Н. Билева | |
| Директор ИИПО | Е.В. Чубаркова |
| © ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2015 |
| © Прокубовская А.О., 2015 |
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Электротехника и электропривод»основана на знаниях и умениях, сформированных в рамках дисциплин «Математика», «Физика», имеет практическую направленность и является базовой для всех дисциплин, изучающих электромагнитные явления в различных устройствах, способы их представления и анализа работы.
Целью данной дисциплины является формирование у студентов представлений о теоретических и прикладных аспектах современной электротехники, электроники и электропривода, а также навыков расчета, выбора и эксплуатации электротехническихи электромеханических устройств.
|
|
|
Дисциплина «Электротехника и электропривод»относится к модулю М5. Профильный модуль. Целями ее изучения являются:
1) приобретение студентами знаний об устройстве и области применения электрических цепей и электропривода и умений выполнять их расчеты и анализ;
2) приобретение студентами знаний о моделях и способах моделированияэлектрических цепей и электропривода;
3) формирование у студентов практических умений по моделированию электрических цепей и электроприводаи их анализу;
4) формирование у будущих бакалавров готовности к использованию информационных и коммуникационных технологий при расчете, построении и анализе электрических цепей и электропривода.
В контексте названных целей содержание данной учебной дисциплины сочетает в себе следующие три важнейших аспекта:
· мировоззренческий аспект, связанный в основном с формированием представлений о роли электротехники и электропривода в современной науке и технике;
· методический аспект, касающийся формирования соответствующей компетенций у студентов;
· прикладной аспект, связанный с овладением студентами основными приемами расчета, анализа и компьютерного моделирования электрических цепей и электропривода.
|
|
|
Дисциплина «Электротехника и электропривод»связывает общую естественно-научную подготовку в области математики и физики с информационно-технологической.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина «Электротехника и электропривод»относится к модулю М5. Профессиональный модульучебного плана по направлению подготовки ВО 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям) и предназначена для формирования компетентности бакалавров в области электромагнитных явлений в различных устройствах, способах их представления и анализа работы.
Формирование компетентности по анализу характеристик электрических систем и устройств у студентов, обучающихся по профилям «Транспорт», «Машиностроение и материалообработка», «Металлургия» направления44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям) происходит следующим образом. В ходе изучения дисциплин «Математика», «Физика» у них формируются общепрофессиональные знания математических и физических основ функционирования электрических цепей и электропривода, «Информатика» - базовые умения по использованию информационных технологий для решения прикладных задач.
|
|
|
Далее при изучении дисциплины «Электротехника и электропривод»студенты приобретают знания о современных методах анализу характеристик электрических цепей и электропривода. На этих знаниях базируются специальные дисциплины, такие как «Электрооборудование автомобилей» (профиль «Транспорт»), «Прикладная метрология» (профиль «Машиностроение и материалообработка»), «Источники питания для сварки» (профилизация «Технологии и технологический менеджмент в сварочном производстве» профиля «Машиностроение и материалообработка») и др.
Для изучения данной учебной дисциплины необходимы следующие знания и умения, формируемые предшествующими дисциплинами:
2.1. Из курса «Математика»:
Знания: основтеории функций комплексного переменного, векторной алгебры, математического анализа, алгебры логики (булевой алгебры).
Умения: выполнять действия с комплексными числами, вычислять производные сложных функций, брать интегралы от функции, сводящихся к табличным, выполнять сложение и вычитание векторов, минимизировать логические выражения.
Владения: операциями над комплексными числами, действиями с векторами, методиками математического анализа, методами минимизации логических выражений.
2.2. Из курса «Физика»:
Знания: характеристик постоянного электрического тока и условий его существования; разности потенциалов, электродвижущей силы, напряжения, закона Ома для однородного участка цепи и для замкнутой цепи; работу и мощность электрического тока, закона Джоуля-Ленца; правила Кирхгофа; явления электромагнитной индукции; закона электромагнитной индукции; характеристик переменного тока; поведения сопротивления, индуктивности и емкости в цепи переменного тока.
Умения: объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законы описывают данное явление или эффект; истолковывать смысл физических величин и понятий; записывать уравнения для физических величин в системе СИ.
Владения: методами использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях; применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач.
2.3. Из курса «Информатика»:
Знания: возможностей компонентов пакета прикладных программ MicrosoftOffice (или OpenOffice) для решений практико-ориентированных задач.
Умения: создавать, форматировать редактировать текстовые документы различной сложности, вставлять в них объекты, создавать и анализировать таблицы, проводить вычисления, строить и анализировать графики и диаграммы.
Владения: технологиями создания, форматирования, редактирования различных документов.
3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
По окончании изучения дисциплины «Электротехника и электропривод» студент должензнать:
· основные электротехнические законы, их практическое приложение; методы анализа электрических и магнитных цепей, в том числе с использованием информационных технологий;
· принцип действия, устройство, свойства, области применения и потенциальные возможности основных электрических цепей и электропривода;
· электротехническую терминологию и символику, правила чтения и составления простейших электрических схем;
· особенности экспериментального определения основных характеристик типовых электротехнических и устройств, в том числе с использованием информационных технологий;
· методики выбора основных элементов и устройств соответствующего специализированного электрооборудования.
По окончании изучения дисциплины «Электротехника и электропривод» студент должен уметь:
· экспериментально определять параметры и характеристики простейших электрических цепей и электропривода;
· измерять требуемыепараметрыэлектрических цепей и электропривода;
· анализировать характеристики электрических цепей и электропривода, в том числе и с использованием информационных технологий;
· моделировать электрических цепей и электропривода и определять их характеристики с использованием информационных технологий.
По окончании изучения дисциплины «Электротехника и электропривод» студент должен владеть / быть в состоянии продемонстрировать:
· методиками расчета электрических цепей и электропривода;
· методами моделирования электрических цепей и электропривода, в том числе с использованием информационных технологий;
· методами анализа характеристик электрических цепей и электроприводав, в том числе и с использованием информационных технологий.
В ходе изучения дисциплины у студентов формируются следующие компетенции:
· способностью использовать основы естественнонаучных и экономических знаний при оценке эффективности результатов деятельности в различных сферах (ОК-3);
· способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессионально-педагогической деятельности (ОПК-2).
4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Таблица 1
| Вид учебной работы | Форма обучения | |
| Очная | Заочная | |
| Семестры | ||
| 4 семестр | 4, 5 семестр | |
| Общая трудоемкость дисциплины | 2 з.е. (72 ч.) | 2 з.е. (72 ч.) |
| Аудиторные занятия | 50 | 12 |
| лекции | 18 | 4 |
| практические занятия | 16 | 4 |
| семинарские занятия | ||
| лабораторные работы | 16 | 4 |
| другие виды аудиторных занятий | ||
| Самостоятельная работа | 22 | 60 |
| изучение теоретического курса | 6 | 46 |
| домашние задания / контрольные работы | 12 | 12 |
| подготовка к зачету | 4 | 4 |
| Вид промежуточного контроля | зачет | зачет |
4.2. Содержание и тематическое планирование дисциплины
Таблица 2
| № п/п | Разделы учебной дисциплины | Виды учебной деятельности и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости | ||||
| Лекции | Практические занятия | Лабораторные работы | СРС | Консульта-ции | |||
| 1. | Введение | 2 | 0 | 0 | 1 | Еженед. | Собеседование |
| 2. | Особенности анализа электрических цепей постоянного тока | 2 | 2 | 0 | 3 | Еженед. | Собеседование |
| 3. | Расчет и анализ электрических цепей однофазного синусоидального тока | 2 | 4 | 4 | 3 | Еженед. | Собеседование, защита лабораторных работ |
| 4. | Расчет и анализ электрических цепей трехфазного синусоидального тока | 2 | 6 | 6 | 3 | Еженед. | Собеседование, защита лабораторных работ |
| 5. | Трансформаторы: классификация, устройство, принцип действия, область применения | 2 | 2 | 2 | 3 | Еженед. | Собеседование, защита лабораторных работ |
| 6. | Электрические машины переменного тока. Устройство, принцип действия, область применения. Синхронные и асинхронные машины. | 2 | 2 | 2 | 3 | Еженед. | Собеседование, защита лабораторных работ |
| 7. | Электрические машины постоянного тока. Устройство, принцип действия, область применения. | 2 | 0 | 2 | 1 | Еженед. | Защита лабораторных работ |
| 8. | Электропривод: понятие, виды, область применений, особенности выбора | 4 | 0 | 0 | 1 | Еженед. | Защита лабораторных работ |
| Зачет | 0 | 0 | 4 | ||||
| 18 | 16 | 16 | 22 | ||||
4.3. Содержание разделов дисциплины
Введение.
Назначение дисциплины «Электротехника и электропривод» для студентов профилей подготовки «Транспорт», «Машиностроение и материалообработка», «Металлургия» направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям). Содержание, объем и структура дисциплины. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины. Формы отчетности (текущая и семестровая).
1. Особенности анализа электрических цепей постоянного тока
Основные понятия и определения - источники и приемники электрической энергии, обозначения электрических величин и элементов электрических цепей. Основные законы электрических цепей. Линейные электрические цепи постоянного тока, области применения. Расчет простых линейных цепей постоянного тока - последовательное, параллельное и смешанное соединения. Расчет сложных линейных цепей постоянного тока с использованием законов Ома и Кирхгофа. Баланс мощности.
2. Расчет и анализ электрических цепей однофазного синусоидального тока
Однофазные цепи синусоидального тока. Способы представления синусоидальных токов, напряжений и ЭДС. Действующие значения синусоидальных токов, напряжений и ЭДС. Простейшие линейные электрические цепи однофазного синусоидального тока (цепи с R, L, C элементами). Мгновенная мощность.
Комплексный метод расчёта цепей синусоидального тока.
Анализ и расчет цепей с последовательным соединением элементов R, L, C. Активное, реактивное и полное соединение цепи. Векторные диаграммы. Резонанс напряжений и его практическое значение.
Анализ и расчет цепей с параллельными приемниками. Активная, реактивная и полная проводимости, треугольник проводимостей. Векторные диаграммы. Резонанс токов и его практическое использование.
Активная, реактивная и полная мощности.
3. Расчет и анализ электрических цепей трехфазного синусоидального тока
Трехфазные цепи. Элементы трехфазной цепи. Способы соединения фаз трехфазных источников и приемников электрической энергии. Трех- и четырех проводные системы питания приемников. Понятия о фазных и линейных напряжениях и токах. Соединение приемников трехфазной цепи «звездой» и «треугольником», особенности их расчета при симметричной нагрузке. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами. Несимметричные трехфазные цепи при соединении приемников «звездой» и «треугольником». Назначение нейтрального провода. Построение топографических диаграмм напряжений и векторных диаграмм токов.
Активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи. Способы измерения активной мощности трехфазных приемников.
4. Трансформаторы: классификация, устройство, принцип действия, область применения.
Трансформаторы. Назначение и области применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора. Режимы работы однофазного двухобмоточного трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора. Потери энергии и КПД трансформатора. Трёхфазные трансформаторы. Специальные трансформаторы.
5. Электрические машины переменного тока. Устройство, принцип действия, область применения. Синхронные и асинхронные машины.
Асинхронные машины. Назначение и области применения асинхронных машин. Устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя. Пуск и реверсирование трехфазного асинхронного двигателя. Механические и рабочие характеристики.
Синхронные машины. Устройство трехфазной синхронной машины. Работа трехфазного синхронного генератора в автономном режиме. Синхронный двигатель, механическая характеристика. Особенности пуска синхронного двигателя. Асинхронный пуск синхронного двигателя.
6. Электрические машины постоянного тока. Устройство, принцип действия, область применения.
Машины постоянного тока. Назначение, устройство и способы возбуждения. Генератор постоянного тока независимого возбуждения. Двигатели постоянного тока. Пуск и реверсирование двигателей постоянного тока с различными способами возбуждения. Рабочие характеристики двигателей постоянного тока.
7. Электропривод: понятие, виды, область применений, особенности выбора двигателя
Общие сведения. Уравнение движения электропривода. Основные режимы работы электропривода. Выбор мощности двигателя. Выбор вида и типа двигателя. Управление электроприводом.
4.4. Содержание лабораторного практикума
Таблица 3
| Разделы учебной дисциплины | Темы лабораторных работ |
| Введение | не предусмотрено |
| Особенности анализа электрических цепей постоянного тока | не предусмотрено |
| Расчет и анализ электрических цепей однофазного синусоидального тока | 1. Исследование электрических цепей однофазного синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений. 2. Исследование электрических цепей однофазного синусоидального тока при параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. |
| Расчет и анализ электрических цепей трехфазного синусоидального тока | 3. Исследование электрических цепей трехфазного синусоидального тока при соединении нагрузки трехпроводной и четырехпроводной звездой. 4. Исследование электрических цепей трехфазного синусоидального тока при соединении нагрузки треугольником. |
| Трансформаторы: классификация, устройство, принцип действия, область применения | 5. Исследование однофазного трансформатора. |
| Электрические машины переменного тока. Устройство, принцип действия, область применения. Синхронные и асинхронные машины. | 6. Исследование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. |
| Электрические машины постоянного тока. Устройство, принцип действия, область применения. | 7. Исследование генератора постоянного тока. |
| Электропривод: понятие, виды, область применений, особенности выбора | не предусмотрено |
Лабораторная работа 1. Исследование электрических цепей однофазного синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений
Цель работы: приобретение умений сборки простых электрических цепей, измерение напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.
Подготовка к лабораторной работе
1. Изучить тему «Последовательное соединение активного, индуктивного, емкостного сопротивлений в цепи переменного тока. Резонанс напряжений», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.
2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей с подключенными измерительными приборами.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой (блок питания, блок резисторов, блок конденсаторов, катушка индуктивности, измерительные приборы: амперметры, вольтметры, ваттметр).
2. Выяснить у преподавателя величины сопротивления резистора R и емкость батареи конденсаторов C.
3. Собрать электрическую цепь (рисунок 1). Установить необходимые значения сопротивления резистора R и емкости батареи конденсаторов С. Пригласить преподавателя и предъявить ему для проверки собранную схему.
Рисунок 1 – Схема исследования последовательного соединения катушки индуктивности, резистора и конденсатора
4. В присутствии преподавателя включить питание электрической цепи.
5. Выполнить измерения для трех случаев:
· катушка индуктивности,
· последовательное соединение катушки индуктивности и активного сопротивления (резистора),
· последовательное соединение катушки индуктивности, активного сопротивления (резистора) и конденсатора.
Результаты измерений записать в таблицу 4.
Таблица 4
| Опыт | U, В | UК, В | UR, В | UС, В | I, А | P, Вт |
| 1. | - | - | ||||
| 2. | - | |||||
| 3. |
6. Исследовать работу электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении катушки индуктивности, резистора, конденсаторапри изменении его емкости. Произвести замеры для 4-5 режимов до резонанса напряжений, при резонансе напряжений, 4-5 режимов после резонанса напряжений[1]. Результаты измерений записать в таблицу 5.
Таблица 5
| Опыт | U, В | UК, В | UR, В | UС, В | I, А | P, Вт |
| 1. | ||||||
| 2. | ||||||
| 9. |
7. Результаты измерений предъявить для проверки преподавателю.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 305; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!