Разделов, тем программы
Введение
Электрическая энергия, её свойства, особенности и применение. Ос-
новные этапы развития отечественной электроэнергетики. Развитие электро-
энергетики республики. Роль электрификации в развитии передовых
технологий, автоматизации технологических процессов.
Краткое содержание дисциплины «Электротехника с основами элек-
троники». Значение электротехнической подготовки специалистов среднего
звена для освоения новой технологии современного производства.
Литература: [1], стр.5-6; [2], стр.5-9; [3], стр. 4-12
Методические рекомендации: во «Введении» учащимся следует усво-
ить представление об электрической энергии, её свойствах, о состоянии и
перспективах развития энергетики в Республике Беларусь.
Задания для самопроверки:
1. Назовите преимущества электрической энергии, в чем заключается ее
универсальность?
2. Назовите основные направления энергетической политики Республики
Беларусь?
3. Укажите основные свойства, особенности и применение электрической
энергии на автомобильном транспорте.
РАЗДЕЛ 1.ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Тема 1.1.Электрическое поле
Краткие сведение о строении вещества. Электрический заряд. Элек-
трическое поле. Характеристики электрического поля: напряженность, по-
тенциал, электрическое напряжение, единицы энергии электрического поля.
Проводники, диэлектрики и полупроводники. Их краткая характери-
стика и практическое применение.
Диэлектрик в электрическом поле, поляризация диэлектрика, пробой
диэлектрика.
Электрическая ёмкость и ее единицы измерения. Конденсаторы, соеди-
нение конденсаторов.
Литература: [1], стр.8-27; [2], стр.1-23; [3], стр. 13-30
Методические рекомендации: учащимся следует уяснить понятие об
электрическом поле и его основных параметрах, о проводниках, полупро-
водниках и диэлектриках, о свойствах конденсатора и способах соединения
конденсаторов.
Задания для самопроверки:
4.
5.
6.
7.
Какое поле называют электростатическим?
Что называют электрическим потенциалом?
Что называют напряжением между двумя точками поля?
Каким зарядом обладает конденсатор емкостью 2 мкФ, если напряжение
между его пластинами равно 100 В?
Ответ: 2×10-4 Кл.
Тема 1.2.Электрические цепи постоянного тока
Общие сведения об электрических цепях. Основные элементы электри-
ческих цепей: источники и приемники электрической энергии. Электродви-
жущая сила (ЭДС) источника и напряжение на его зажимах. Электрический
ток, его определение, величина, направление, плотность.
Законы Ома для участка цепи и полной цепи. Электрическое сопротив-
ление и проводимость. Зависимость сопротивления проводника от его раз-
меров, материала и температуры. Работа и мощность электрической цепи.
Нагревание проводов. Закон Джоуля-Ленца. Плавкие предохранители.
Понятие о режимах электрических цепей (номинальный, холостого хо-
да, короткого замыкания). Последовательное, параллельное и смешанное со-
единение резисторов. Законы Кирхгофа.
Литература: [1], стр.28-68; [2], стр.24-51; [3], стр.31-64
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить понятия об
электрическом токе, методике расчёта типовых электрических цепей посто-
янного тока с использованием закона Ома и законов Кирхгофа.
Задания самопроверки:
1. Дайте определение ЭДС источника, напряжения на зажимах и внутрен-
него падения напряжения. Чему равны эти величины, если ток в цепи 2
А, внутреннее сопротивление 0,5 Ом, а внешнее – 9,5 Ом?
Ответ: 20 В, 19 В, 1 В.
2. Напишите закон Ома для всей цепи и для одного её участка: внешнего и
внутреннего.
3. Напишите формулу для определения мощности в резисторе сопротивле-
нием R через квадрат тока и сопротивление.
4. Какое явление называют коротким замыканием цепи? Как защитить
цепь от тока короткого замыкания?
5. Приведите определение участков схемы электрической цепи: узел, ветвь,
контур.
Тема 1.3.Электромагнетизм
Магнитное поле электрического тока. Магнитная индукция как харак-
теристика интенсивности магнитного поля. Правило буравчика. Магнитный
поток. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля.
Электромагнитная сила, действующая на проводник с током в магнит-
ном поле. Правило левой руки. Взаимодействие параллельных проводников
с токами. Принцип действия электромагнитного реле.
Ферромагнитные материалы, их намагничивание и перемагничивание.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
Явление электромагнитной индукции. ЭДС, наводимая в контуре, ка-
тушке. Правило правой руки. Принцип Ленца. Явление самоиндукции. ЭДС
самоиндукции. Индуктивность. Вихревые токи и их практическое значение.
Принцип преобразования механической энергии в электрическую и
электрической в механическую.
Литература: [1], стр.69-115; [2], стр.52-81; [3], стр.69-104
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о маг-
нитном поле и основных его параметрах, намагничивании ферромагнитных
материалов, явлениях электромагнитной индукции, самоиндукции, об элек-
тромагнитном реле, о принципе действия генератора электрической энергии
и электрического двигателя.
Задания для самопроверки:
1. Сформулируйте определения основных магнитных величин: индукции,
магнитного потока, напряженности, абсолютной магнитной проницаемо-
сти, магнитной проницаемости, намагничивающей силы.
2. Приведите определение самоиндукции.
3. В каком случае имеет место взаимная индукция?
4. Как определить величину и направление электромагнитной силы, дей-
ствующей на проводник с током в магнитном поле?
5. Как определить величину и направление ЭДС индукции, возникающей в
проводе, движущемся в магнитном поле?
Тема 1.4.Электрические машины постоянного тока
Классификация машин постоянного тока по назначению и способу воз-
буждения. Обратимость машин постоянного тока. Устройство и принцип
действия машин постоянного тока. Генератор постоянного тока с параллель-
ным возбуждением.
Электродвигатели постоянного тока. Пуск, регулирование частоты
вращения, реверсирование двигателей постоянного тока. Их применение в
отрасли.
Литература: [1], стр.259-280; [2], стр.187-204; [3], стр.108-138
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о ма-
шинах постоянного тока и их применении в отрасли.
Лабораторная работа № 1
Снятие характеристик генератора постоянного тока.
Задания для самопроверки:
1. Поясните принцип действия генератора и двигателя постоянного тока.
2. Напишите формулы, связывающие ЭДС, напряжение на выводах и паде-
ние напряжения в обмотке якоря для генератора и двигателя постоянного
тока.
3. Начертите схемы генераторов с независимым, параллельным и смешан-
ным возбуждением.
4. В генераторе с параллельным возбуждением ток возбуждения равен 6 А.
Определить напряжение на выводах генератора, если сопротивление об-
мотки возбуждения 10 Ом, а сопротивление регулировочного реостата 27
Ом.
Ответ: 222 В.
5. Поясните, почему в момент пуска двигатель постоянного тока потребля-
ет значительный ток. Какова здесь роль противо-ЭДС?
6. Выведите формулу для определения частоты вращения двигателя посто-
янного тока.
7. Начертите схему соединений двигателя с параллельным возбуждением.
Тема 1.5.Электрические измерения
Электроизмерительные приборы: их назначение и роль в развитии
науки и техники. Классификация электроизмерительных приборов. Условное
обозначение электроизмерительных приборов.
Измерительные механизмы приборов магнитоэлектрической, электро-
магнитной, электродинамической, индукционной и других систем.
Измерения тока, напряжения и мощности. Включение амперметра,
вольтметра, ваттметра в электрическую цепь. Расширение пределов измере-
ния амперметров и вольтметров. Погрешности измерений.
Измерение электрического сопротивления.
Литература: [1], стр.318-361; [2], стр.126-147; [3], стр.200-227
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
классификации измерительных приборов и системе их обозначения, об
устройстве, принципе действия и назначении электроизмерительных прибо-
ров, областях их использования, о порядке измерения тока, напряжения,
мощности, электрического сопротивления.
Задания для самопроверки:
1. На какие классы точности делятся электроизмерительные приборы?
2. Какими условными знаками на шкале обозначаются приборы магнито-
электрической, электромагнитной и индукционной систем?
3. Каким образом можно расширить пределы измерения тока и напряже-
ния?
4. Поясните методику расчета шунта для расширения пределов измерений
токов. Начертите схему включения прибора с внешним шунтом.
Тема 1.6.Однофазные электрические цепи переменного тока
Переменный электрический ток, понятие о получении переменного то-
ка путем вращения проводника, согнутого в рамку, в магнитном поле. Пери-
од, частота, угловая частота. Максимальное, мгновенное и действующее
значение переменного тока и напряжения. Фаза и сдвиг фаз. Синусоидальное
и векторное изображения переменных величин.
Цепь переменного тока с активным сопротивлением. Закон Ома. Ак-
тивная мощность. Векторная диаграмма.
Цепь переменного тока с индуктивностью. Векторная диаграмма. Реак-
тивное индуктивное сопротивление. Реактивная индуктивная мощность.
Цепь переменного тока с емкостью. Емкостное сопротивление. Реак-
тивная емкостная мощность. Векторная диаграмма.
Неразветвлённая цепь переменного тока с активным сопротивлением,
индуктивностью и ёмкостью. Векторная диаграмма. Треугольники сопротив-
лений и мощностей. Резонанс напряжений.
Цепь переменного тока с реальной катушкой. Векторная диаграмма.
Литература: [1], стр.131-163; [2], стр.82-109; [3], стр.150-182
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о раз-
личных значениях синусоидального тока, о графическом изображении и па-
раметрах электрических цепей переменного тока; о физических процессах в
цепях переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, ём-
костью, с реальной катушкой; о последовательном и параллельном соедине-
нии активного, индуктивного и ёмкостного сопротивления; о векторных
диаграммах, расчётных соотношениях, резонансе напряжений и резонансе
токов; научиться рассчитывать электрические цепи переменного тока.
Задания для самопроверки:
1. Поясните основные параметры переменного тока: период, частота, ам-
плитуда, фаза, начальная фаза.
2. Поясните процесс получения синусоидальной ЭДС с помощью простей-
шего генератора переменного тока.
3. В паспорте электродвигателя указано значение напряжения 380 В. К ка-
кому значению относится это напряжение: мгновенному, амплитудному,
действующему?
4. Начертите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для
неразветвленной цепи с R, L и С.
5. В чем заключается явление резонанса напряжений? Его последствия.
6. При каких условиях в цепи наступает резонанс токов? Каковы послед-
ствия резонанса токов?
7. В чем заключается принципиальное отличие реактивной мощности от
активной?
8. Первое предприятие имеет коэффициент мощности 0,9, а второе 0,8. Ка-
кое предприятие лучше использует потребляемую полную мощность?
Тема 1.7.Трехфазные электрические цепи
Трехфазная ЭДС и трехфазный ток. Преимущества трехфазной систе-
мы. Соединение обмоток генератора и потребителей энергии звездой. Фазные
и линейные напряжения и токи. Соотношения между фазными и линейными
напряжениями и токами.
Трехпроводная и четырехпроводная цепь. Значение нулевого провода.
Соединение обмоток генератора и потребителей энергии треугольни-
ком. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами.
Мощность трехфазной цепи.
Литература: [1], стр.164-181; [2], стр.110-125; [3], стр.183-199
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о по-
лучении токов и напряжений в трёхфазной системе, о соединении обмоток
генератора и потребителей звездой и треугольником, о линейных и фазных
напряжениях и токах. соотношении между ними, о расчёте мощности трёх-
фазной цепи и построении векторных диаграмм.
Лабораторная работа № 2
Исследование трехфазной цепи при соединении потребителей энергии
(ламп накаливания) звездой.
Задания для самопроверки:
1. Почему в настоящее время трехфазные цепи получили повсеместное
распространение?
2. Поясните методику получения трехфазной симметричной системы ЭДС.
3. Чем отличается несвязанная и связанная трехфазные системы? Начертите
их схемы.
4. Какие стандартные напряжения в трехфазных цепях вам известны?
5. К трехфазной цепи с линейным напряжением 380 В присоединили сим-
метричную нагрузку, активное сопротивление которой в каждой фазе 4
Ом, а индуктивное 3 Ом. Определить фазные токи и напряжения при со-
единении нагрузки звездой и треугольником.
Тема 1.8.Трансформаторы
Назначение и применение трансформаторов. Устройство, принцип
действия однофазного трансформатора: принципиальная схема, ЭДС об-
моток.
Режим холостого хода трансформатора, определение коэффициента
трансформации и потерь мощности в стали трансформатора.
Работа трансформатора под нагрузкой. Понятие о трехфазном тран с-
форматоре. Потери энергии и КПД трансформатора. Опыт короткого з а-
мыкания. Понятие о специальных трансформаторах.
Литература: [1], стр.182-198; [2], стр.148-163; [3], стр.234-250
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
назначении, устройстве, принципе действия однофазного трансформатора, о
холостом ходе трансформатора и его работе под нагрузкой; о трёхфазных
трансформаторах, их конструкции и системе охлаждения, о специальных ти-
пах трансформаторов.
Задания для самопроверки:
1. Каково назначение трансформатора в энергосистеме при передаче и рас-
пределения электрической энергии?
2. Поясните назначение и устройство отдельных элементов трансформато-
ра: магнитопровода, обмоток, расширителя, изоляторов. Зачем в бак
трансформатора заливают минеральное масло?
3. Почему стальной магнитопровод должен иметь по возможности неболь-
шие воздушные зазоры?
4. Поясните принцип работы трансформатора. Почему он может работать
только на переменном токе?
5. Почему с изменением нагрузки трансформатора магнитный поток в маг-
нитопроводе остается практически неизменным?
6. Какие электроизмерительные приборы надо иметь для проведения опыта
холосто хода трансформатора? Какие величины можно получить из этого
опыта?
7. Каковы особенности сварочного трансформатора? Почему такой транс-
форматор должен обладать крутопадающей характеристикой?
8. Число витков первичной обмотки 100, вторичной – 500. Определить
напряжение холостого хода вторичной обмотки, если к первичной под-
ведено напряжение 220 В. Какой ток будет протекать через активную
нагрузку, присоединенную ко вторичной обмотке, если в первичной ток
10 А?
Ответ: 1100 В, 2 А.
Тема 1.9.Электрические машины переменного тока
Назначение машин переменного тока, их классификация и применение.
Трехфазный асинхронный двигатель, его устройство. Получение вра-
щающегося магнитного поля. Зависимость частоты вращения магнитного
поля от частоты тока в обмотке статора и числа пар полюсов. Принцип дей-
ствия трехфазного асинхронного электродвигателя, скольжение. Способы
пуска в ход трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым и
фазными роторами, рабочие характеристики асинхронного двигателя.
Регулирование частоты вращения и реверс асинхронного двигателя.
Понятие об однофазном асинхронном двигателе, о синхронных маши-
нах.
Литература: [1], стр.199-238; [2], стр.164-186; [3], стр.251-276
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
назначении электрических машин переменного тока, их классификации и
применении, о трёхфазных асинхронных электродвигателях. об однофазных
асинхронных электродвигателях, о синхронных электрических машинах.
Задания для самопроверки:
1. Приведите классификацию машин переменного тока. Каковы их пре-
имущества и недостатки?
2. Поясните получение трехфазного вращающегося магнитного поля. Какие
синхронные скорости можно получить при частоте тока в сети 50 Гц?
3. Поясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с ко-
роткозамкнутым и фазным ротором. Каково назначение контактных ко-
лец и щеток у двигателя с фазным ротором?
4. Напишите формулу для определения скольжения. В каких пределах мо-
жет изменяться это значение? Из формулы напишите выражение для
определения частоты ращения ротора.
5. Номинальная частота вращения ротора 730 об/мин. Чему равно его
скольжение, если частота тока в сети 50 Гц?
Ответ: 2,7 %
6. Чему равно скольжение ротора при пуске двигателя?
7. Напишите формулу для частоты тока f25 ротора.
Тема 1.10.Электропривод и аппаратура управления
Понятие об электроприводе. Аппаратура управления и защиты.
Электромагнитный пускатель, его назначение, устройство, схема, при н-
цип действия.
Литература: [1], стр.398-412; [2], стр.205-217; [3], стр.277-300
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания об
электроприводе, о режимах работы электродвигателей, о назначении,
устройстве, принципе действия аппаратуры ручного, автоматического
управления и защиты.
Задания для самопроверки:
1. Как производится выбор двигателей по механическим характеристикам?
2. Какие различают электрические машины по способу защиты от окружа-
ющей среды?
3. Как выбирается мощность двигателя при длительном, кратковременном
и повторно-кратковременном режимах работы?
4. Как проверяются двигатели на перегрузочную способность?
5. Каково назначение магнитного пускателя?
6. Устройство, схема и принцип действия нереверсивного, реверсивного
магнитного пускателя?
Тема 1.10.Передача и распределение электрической энергии
Понятие об энергетической системе. Схемы электроснабжения п о-
требителей электрической энергии. Назначение и устройство трансформ а-
торных подстанций и распределительных пунктов. Электрические сети и
линии, их классификация.
Литература: [1], стр.362-396; [2], стр.217-2226; [3], стр.301-323
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания об ос-
новных типах электростанций, о передаче электрической энергии и схемах
электроснабжения потребителей, о назначении, устройстве трансформатор-
ных подстанций и распределительных пунктов, об электрических сетях.
Задания для самопроверки:
1. Какими достоинствами и недостатками обладают магистральные схемы
электроснабжения в сравнении с радиальными схемами?
2. Как осуществляется аварийное освещение цеха промышленного пред-
приятия?
3. Каковы достоинства и недостатки кабельных линий в сравнении с воз-
душными?
4. Что такое РП, РЩ, РУ? Каково их назначение?
5. В каких случаях применяют шинопроводы?
РАЗДЕЛ 2.ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Тема 2.1.Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые приборы, их достоинства и недостатки. Виды
примесей и проводимостей в полупроводниках. Собственный и примесный
полупроводник. Электронно-дырочный p-n-переход и его свойства. Вольт-
амперная характеристика p-n-перехода.
Полупроводниковый диод, его устройство, принцип действия и приме-
нение. Понятие о пробое диода, виды пробоя. Максимальное обратное
напряжение и допустимый ток.
Биполярный транзистор. Устройство, принцип действия и применение.
Схемы включения транзисторов. Статические входные и выходные характе-
ристики транзистора.
Понятие о полевом транзисторе.
Тиристоры, их устройство, свойства, применение. Вольт-амперная ха-
рактеристика.
Условно-графические обозначения и буквенно-цифровые обозначения
полупроводниковых приборов.
Литература: [1], стр.457-510; [2], стр.231-255; [3], стр.385-413
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания об
электронной и дырочной проводимости, электронно-дырочном переходе; о
полупроводниковых диодах,о биполярных транзисторах, тиристорах, их
устройстве, принципе действия, свойствах, характеристиках, схемах включе-
ния и применении.
Лабораторная работа № 3
Снятие характеристик биполярного транзистора.
Задания для самопроверки:
1.
2.
3.
4.
Что называют собственной проводимостью полупроводников?
Что называют примесной проводимостью?
Объясните свойства электронно-дырочного перехода.
Почему полупроводниковый диод используют как выпрямитель пере-
менного тока?
5. Основные параметры полупроводникового диода.
6. Начертите структурную схему транзистора и объясните принцип его ра-
боты.
7. Поясните работу транзистора в активном режиме усиления и режиме
ключа.
Тема 2.2.Фотоэлектронные приборы
Общие понятия о фотоэлектронных явлениях (фотоэлектронная эмис-
сия, фотопроводимость полупроводников, фотогальванический эффект).
Устройство и принцип действия вакуумного, газонаполненного и по-
лупроводникового фотоэлемента. Краткие сведения о фотодиодах, фототран-
зисторах, солнечных фотоэлементах. Области применения, условное
обозначение фотоэлектронных приборов.
Литература: [1], стр.510-524; [2], стр.266-277; [3], стр.413-422
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о фо-
тоэлектронных явлениях, об устройстве, принципе действия и применении
фотоэлементов.
Задания для самопроверки:
1.
2.
3.
4.
В чём отличие внешнего фотоэффекта от внутреннего?
Назовите области применения и устройство фоторезистора?
Устройство, работа и применение фотодиода, фототранзистора.
Определите фототок Iф электронного фотоэлемента, если
чувствительность фотокатода S=20 мкА/лм, а световой поток Ф=10 лм.
Ответ: 0,2 мА
Тема 2.3.Электронные выпрямители
Основные сведения о выпрямителях. Структурная схема выпрямителя.
Схемы выпрямителей однофазного тока: однополупериодная и двухполупе-
риодные, с выводом от средней точки и мостовая.
Соотношение между переменными и выпрямленными токами и напря-
жениями для различных схем выпрямления. Сглаживающие фильтры.
Управляемые выпрямители. Трёхфазные выпрямители.
Литература: [1], стр.525-540; [2], стр.278-296; [3], стр.423-442
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
назначении и применении электронных выпрямителей, сглаживающих филь-
тров, их принципе действия.
Лабораторная работа № 4
Исследование формы и значения напряжения в выпрямителях.
Задания для самопроверки:
1.
2.
3.
4.
Как устроены выпрямители и где они применяются?
Начертите схемы одно- и двухполупериодных выпрямителей и поясните
их работу графиками выпрямленного напряжения.
Почему на выходе выпрямителя получается пульсирующее напряжение?
Почему в основу сглаживающих фильтров положены реактивные эле-
менты электрической цепи?
Тема 2.4.Электронные усилители
Назначение и классификация усилителей. Основные технические пока-
затели и характеристики усилителей. Усилительный каскад, назначение эле-
ментов схемы, принцип действия. Многокаскадные усилители. Обратные
связи усилителя. Усилитель мощности.
Литература: [1], стр.541-559
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
назначении, классификации, принципе действия, режимах работы и области
применения электронных усилителей, об усилительных каскадах, усилителе
мощности.
Задания для самопроверки:
1. Как классифицируются электронные усилители? Основные показатели
усилителей.
2. Дайте определение коэффициентам усиления по напряжению, току и
мощности.
3. Изобразите схему однокаскадного усилителя, поясните назначение эле-
ментов.
4. В чем преимущество усилителя на транзисторах перед ламповым усили-
телем?
Тема 2.5.Электронные генераторы
Назначение и классификация электронных генераторов. Электронный
генератор синусоидальных напряжений. Генераторы пилообразного напря-
жения. Схемы, принцип действия, применение. Мультивибратор: схема,
принцип действия, применение. Триггер, его назначение и применение.
Электронно-лучевая трубка, ее назначение, применение, устройство.
Электронный осциллограф. Устройство, назначение.
Литература: [1], стр.560-577
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
назначении, классификации, принципе действия электронных генераторов,
области их применения; об устройстве электронно-лучевой трубки, принци-
пе её работы, применении; о современных приборах отображения информа-
ции
Задания для самопроверки:
1. Принцип действия и область применения генераторов LC и RC-типа.
2. Объяснить работу транзисторного мультивибратора.
3. Принцип действия генератора пилообразного напряжения. Область при-
менения ГПН.
4. Блок-схема электронного осциллографа.
Тема 2.6.Интегральные схемы микроэлектроники
Общие сведения. Понятие о гибридных, толстопленочных, тонкопле-
ночных полупроводниковых интегральных микросхемах. Классификация,
маркировка и применение микросхем.
Логические элементы «ИЛИ», «И», «НЕ».
Литература: [1], стр.584-609
Методические рекомендации: учащиеся должны усвоить знания о
классификации, применении интегральных микросхем; о логических элемен-
тах И, ИЛИ, НЕ и их схемах.
Задания для самопроверки:
1. Что называется интегральной схемой микроэлектроники (ИМС)?
2. Что понимают под плёночными и гибридными микросхемами?
3. Какие пассивные и активные элементы входят в микросхему?