Практикум по электротехнике - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра радиофизики
Здыренкова Т.В.
ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 011800.62 «Радиофизика»,
форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2011
2
Здыренкова Т.В. Практикум по электротехнике. Учебно-методический комплекс. Рабочая
программа для студентов направления 011800.62 «Радиофизика», форма обучения очная.
Тюмень, 2011, 12 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Рабочая программа дисциплины «Практикум по электротехнике» опубликована на сайте ТюмГУ: «Практикум по электротехнике» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено проректором по
учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А., к.ф.м.н., доцент
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Здыренкова Т.В., 2011.
3
1. Пояснительная записка
Дисциплина «Практикум по электротехнике» в соответствии с ФГОС ВПО по
направлению подготовки 011800.62 «Радиофизика» является дисциплиной вариативной
части профессионального цикла ООП подготовки бакалавра. Учитывая, что объектами
профессиональной деятельности бакалавров являются приборы и устройства, использующиеся при передаче, приеме и обработке информации, владение приемами и навыками
решения конкретных задач из разных областей электротехники позволяет успешно решать поставленные научные и технические задачи. «Практикум по электротехнике» призван помочь студенту применить основы теоретических знаний дисциплины «Электротехника» на практике и обеспечить возможность свободно ориентироваться в сложном мире
современной техники.
1.1.Цели и задачи дисциплины
Целью данной дисциплины является формирование у будущего специалиста
ясного представления о физических законах, лежащих в основе современных технических
устройств. Дисциплина «Практикум по электротехнике» - призвана помочь студенту
овладеть основами знаний в области примерной конструкции и условий эксплуатации современных технических устройств.
Задачами дисциплины «Практикум по электротехнике» являются:
 формирование понимания процессов, происходящих в реальных электротехнических
системах и устройствах;
 привитие навыков самостоятельной работы с электротехническими устройствами.
1.2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Практикум по электротехнике» является дисциплиной вариативной части профессионального цикла для направления 011800.62 «Радиофизика».
Содержание дисциплины «Практикум по электротехнике» базируется на теории курса
«Электротехника», а также знаниях, приобретённых при изучении следующих дисциплин:
«Электричество и магнетизм», « Линейные и нелинейные уравнения», "Электродинамика". Математической основой курса являются разделы «Математический анализ», «Аналитическая геометрия», «Линейная алгебра», «Дифференциальные уравнения», «Теория
функций комплексного переменного», «Теория вероятностей и математическая статистика» математики.
1.3.Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате освоения данной дисциплины
В соответствии с ФГОС ВПО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:
Профессиональных (ПК):
ПК-4-способность использовать основные методы радиофизических измерений;
ПК-5-способность к владению компьютером на уровне опытного пользователя, применению информационных технологий для решения задач в области радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики (в соответствии с профилизацией).
В результате освоения дисциплины и успешного и грамотного решения инженерных
задач обучающийся должен:
Знать:
 о качественных и количественных сторонах процессов, происходящих в различных электротехнических устройствах;

методы анализа (основные подходы к решению практических задач, связанных с анализом электрических.
Уметь:

проводить теоретические и экспериментальные исследования;
4

оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных и теоретических методов исследований;

использовать основные приемы (решать задачи) анализа электрических цепей;
Владеть:
 приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей электротехники, помогающих студентам в дальнейшем решать инженерные задачи.
5
Коды компетенции
Карта компетенций дисциплины «Практику по электротехнике» для студентов направления 011800.62 «Радиофизика»,
форма обучения очная.
ПК-4
Результаты обучения по уровням освоения материала
Формулировка
компетенции
Способность
использовать
основные методы радиофизических измерений
Результаты обучения в
целом
минимальный
базовый
повышенный
Знает: основные принципы, методы и средства
радиофизических измерений, методики определения погрешности и
основные характеристики средств измерения
общего применения; о
качественных и количественных сторонах процессов, происходящих в
различных электротехнических устройствах.
отдельные принципы, методы и средства радиофизических измерений, методики определения погрешности; о качественных и
количественных сторонах
процессов, происходящих
в различных электротехнических устройствах.
основные принципы, методы и средства радиофизических измерений, методики определения погрешности и основные характеристики средств измерения общего применения; о
качественных и количественных сторонах процессов, происходящих в
различных электротехнических устройствах.
Умеет: производить измерения общего характера;
проводить теоретические
и
экспериментальные
исследования; оценивать
степень
достоверности
результатов, полученных с
помощью
экспериментальных и теоретических
методов
исследований;
использовать
основные
приемы анализа электрических цепей.
Владеет: навыками ра-
производить измерения
общего характера; оценивать степень достоверности
результатов, полученных с
помощью экспериментальных и теоретических методов исследований; использовать основные приемы
анализа электрических
цепей.
производить измерения
общего характера; проводить экспериментальные
исследования; оценивать
степень достоверности
результатов, полученных с
помощью экспериментальных и теоретических
методов исследований;
использовать основные
приемы анализа электрических цепей.
основные принципы, методы и средства радиофизических измерений, методики определения точности измерений и оценки
погрешности, а также основные характеристики
средств измерения общего
применения и специализированных средств измерения; о качественных и количественных сторонах
процессов, происходящих
в различных электротехнических устройствах.
производить измерения
общего характера; проводить теоретические и экспериментальные исследования; оценивать степень
достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных и
теоретических методов
исследований; использовать основные приемы
анализа электрических
цепей.
навыками работы с изме-
навыками работы с изме-
навыками работы с изме-
Виды занятий
Оценочные
средства
лабораторные занятия,
самостоятельная
работа студентов.
отчёты по
лабораторным работам, вопросы к зачёту.
ПК-5
Способность к
владению компьютером на
уровне опытного
пользователя,
применению
информационных технологий
для решения
задач в области
радиотехники,
радиоэлектроники и радиофизики (в соответствии с профилизацией)
боты с измерительной
техникой общего назначения и использования
стандартных методик
измерения, а также специальных методик по
профильному направлению
рительной техникой общего назначения и использования стандартных методик измерения
рительной техникой общего назначения и использования стандартных методик измерения, а также
специальных методик по
профильному направлению
Знает: основные методы
и способы владения компьютером на уровне
опытного пользователя
принципы построения чертежей, графиков, оформление текстовых документов и табличных данных
принципы построения чертежей, графиков, оформление текстовых документов и табличных данных,
методы оценки погрешности измерений
Умеет: применять информационные технологии для решения задач в
области радиотехники,
радиоэлектроники и радиофизики.
создавать текстовую документацию, графики,
таблицы при оформлении
отчётов по лабораторным
работам.
создавать текстовую документацию, графики,
таблицы для решения задач в области радиотехники, радиоэлектроники и
радиофизики.
Владеет: компьютером
на уровне опытного
пользователя, навыками
применения информационных технологий для
решения задач в области
радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики.
компьютером на уровне
обычного пользователя,
навыками применения информационных технологий для решения отдельных задач в области радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики.
компьютером на уровне
опытного пользователя,
навыками применения
информационных технологий для решения задач в
области радиотехники,
радиоэлектроники и радиофизики.
7
рительной техникой общего назначения и использования стандартных методик измерения, а также
специальных методик по
профильному направлению; владеет методами
оптимизации измерений в
соответствии с поставленными задачами.
принципы построения чертежей, графиков, оформление текстовых документов и табличных данных,
методы оценки погрешности измерений, методы
конструирования и моделирования
создавать текстовую документацию, графики,
таблицы для решения
профессиональных задач в
области радиотехники,
радиоэлектроники и радиофизики.
компьютером на уровне
опытного пользователя,
навыками применения информационных технологий для решения профессиональных задач в области радиотехники, радиоэлектроники и радиофизики.
самостоятельная
работа студентов.
отчёты по
лабораторным работам
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр - 5. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц (з.е.), 72 часа.
Таблица 1
Всего
часов
54
-
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость часов
зачетных ед.
Семестр
5
54
-
54
18
54
18
зачет
зачет
72
72
2
2
3. Тематический план дисциплины
Таблица 2
1
1
2
3
4
5
Наименование
темы
Лекции
(кол-во
часов)
Лабораторные
занятия
(кол-во
часов)
Индивидуальная и самостоятельная работа студента
(кол-во часов)
Итого
часов по теме
Из них в интерактивной
и активной
форме
Итого количество
баллов
2
3
4
5
6
7
8
Модуль 1
Цепи постоянного тока
Цепи переменного одно фазного тока
Всего
Модуль 2
Цепи трехфазного тока
Переходные
процессы в электрических цепях.
Всего
Модуль 3
Магнитные цепи, трансформаторы. Электрические машины.
1-5 нед.
9
3
12
9
0-15
18
6
24
18
0-30
27
9
36
27
0-45
9
3
12
9
0-20
9
3
12
9
0-20
18
6
24
18
0-40
9
3
12
9
0-15
6-12 нед.
13-18 нед.
Всего
Итого (часов,
баллов)
Из них в интерактивной и активной форме
9
54
3
18
12
72
9
54
0-15
0-100
54
Таблица 3.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
п. № темы
Коллоквиумы
Модуль 1
1. Цепи постоянного тока.
2. Цепи переменного однофазного тока
Всего
Модуль 2
3. Цепи трехфазного тока
4. Переходные
процессы
в
электрических
цепях.
Всего
Модуль 3
5. Магнитные
цепи,
трансформаторы,
электрические
машины.
Всего
Итого
Формы текущего контроля
Выполнеконтр.
Тестиние и защиработа
рование
та лаб.раб.
Собеседование
Другие виды работ
Итого
кол-во
баллов
0-2
0-13
0-15
0-4
0-26
0-30
0-6
0-39
0-45
0-5
0-15
0-20
0-5
0-15
0-20
0-10
0-30
0-40
0-2
0-13
0-15
0-2
0-18
0-13
0-82
0-15
0-100
Таблица 4.
Планирование самостоятельной работы студентов
Виды СРС
1
1
2
№
Модули и темы
2
Модуль 1
Цепи постоянного тока
Цепи переменного однофазнрго
тока
Неделя семестра
Объем часов
Количество
баллов
4
5
6
3
1-5
Работа с учебной литературой. Проработка лекций. Подготовка к получению допуска
и выполнению работы
Работа с учебной литературой. Проработка лекций. Подготовка к получению допуска
и выполнению работы
1
3
0-2
6
0-4
Всего
Модуль 2
Цепи трехфазного тока
3
Переходные
процессы в электрических цепях.
4
Всего
Модуль 3
Магнитные цепи, трансформаторы. Электрические машины.
Всего
ИТОГО
5
9
0-6
3
0-5
3
0-5
6
0-10
3
0-2
3
18
0-2
0-18
6-12
Работа с учебной литературой. Проработка лекций. Подготовка к получению допуска
и выполнению работы
Работа с учебной литературой. Проработка лекций. Подготовка к получению допуска
и выполнению работы
13-18
Работа с учебной литературой. Проработка лекций. Подготовка к получению допуска
и выполнению работы
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Таблица 5.
п/п
1.
Наименование обеспе№
чиваемых (последующих) дисциплин
1
Микропроцессоры
Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
Х
Х
Х
5. Содержание дисциплины
Модуль 1.
1. Цепи постоянного тока
Основные определения и законы. Электрическая сила. Электрический потенциал.
Электрический ток и напряжение. Электрическое сопротивление. Источники тока. Электрическая цепь. Пассивные и активные электрические элементы. Топологические характеристики электрических цепей постоянного тока. Закон Ома. Законы Кирхгофа.
Методы анализа электрических цепей постоянного тока. Метод законов Кирхгофа.
Метод контурных токов.
Работа и мощность постоянного тока. Баланс мощностей.
Расчет нелинейных цепей. Роль нелинейных цепей в электротехнике. Вольтамперные
характеристики нелинейных элементов. Управляемые нелинейные элементы. Расчет цепей
постоянного тока с одним и несколькими нелинейными сопротивлениями.
2. Цепи переменного однофазного тока.
Основные параметры переменного тока. Генерирование переменного тока. Мгновенные, действующие и средние значения тока, напряжения и ЭДС. Метод векторных диаграмм. Представление переменного тока комплексными величинами.
Символьная форма законов Ома и Кирхгофа. Метод комплексных амплитуд: представление закона Ома и законов Кирхгофа в символьной форме. Активное сопротивление,
индуктивность и емкость в цепи переменного тока.
2
Последовательная и разветвленная цепи переменного тока с активным сопротивлением, емкостью и индуктивность. Резонанс токов и напряжений.
Баланс мощностей. Мгновенная мощность в цепи переменного тока. Активная, реактивная, полная и комплексная мощность. Передача активной максимальной мощности в
нагрузку.
Модуль 2.
3. Цепи трехфазного тока
Основные понятия и определения. Трехфазные систе-мы. Соединение типа « звезда» .
Трехпроводные и четырехпроводные цепи.
Назначение нейтрали. Короткое замыкание фазы. Обрыв фазы.
Соединение типа «треугольник». Основные законы. Мощность трехфазного тока.
Раздел 4. Переходные процессы в электрических цепях.
Модуль 3.
5. Магнитные цепи. Трансформаторы. Электрические машины
Магнитные величины и законы магнитного поля. Магнитные цепи постоянного тока.
Законы Ома и Кирхгофа для магнитных цепей. Ферромагнетики. Мягкие и жесткие.
Анализ и расчет магнитных цепей постоянного тока. Катушка индуктивности с
магнитопроводом. Катушка с воздушным зазором.
Магнитные цепи переменного тока. Потери энергии в ферромагнетике. Токи Фуко.
Устройство, конструкция и принцип действия трансформатора. Режимы работы трансформатора.
6. Планы семинарских занятий
Семинарские занятия учебным планом не предусмотрены.
7. Темы лабораторных работ.
Модуль 1.
1. Цепи постоянного тока
Лабораторная работа «Виды соединений резисторов, проверка законов Ома и
Кирхгофа».
Раздел 2. Цепи переменного однофазного тока.
Лабораторная работа «Последовательное соединение R,C,L».
Лабораторная работа «Параллельное соединение R,C,L».
Модуль 2.
Раздел 3. Цепи трехфазного тока
Лабораторная работа «Исследование трехфазной электрической цепи при соединении
приемников звездой».
4. Переходные процессы в электрических цепях.
Лабораторная работа «Переходные процессы в электрических цепях 1 порядка».
Модуль 3.
5. Магнитные цепи. Трансформаторы. Электрические машины.
Лабораторная работа «Исследование воздушного трансформатора».
Лабораторная работа «Исследование характеристик асинхронного двигателя».
3
К каждой лабораторной работе имеются подробные методические рекомендации с
необходимыми теоретическими сведениями, описанием установки, описанием последовательности выполнения заданий и обработки полученных результатов, а также список литературы.
8. Примерная тематика курсовых работ
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
9. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Основной вид самостоятельной работы студентов заключается в предварительной
самостоятельной теоретической подготовке по теме лабораторной работы. При подготовке от студентов требуются умения и навыки работы с литературой и другими источниками информации. Кроме того, студенты должны изучить элементарные основы теории вероятности и математической статистики и применять их для обработки экспериментальных результатов.
Контроль выполнения самостоятельной работы осуществляется на занятиях лабораторного практикума один раз в неделю.
Зачет выставляется после обязательного выполнения студентами всех лабораторных
работ, предварительного собеседования, а также ответов на контрольные вопросы по каждой из них.
9.1.Список вопросов, заданий для собеседования при приеме допуска к лабораторным работам (в списке возможны изменения при сохранении общего объёма и
тематики заданий).
Модуль 1
1. Сформулировать законы Кирхгофа и закон Ома для участка цепи и полной цепи.
2. Сформулировать понятие независимого контура и узла электрической цепи.
3. Сформулировать правило знаков.
4. Сформулировать и записать методику решения задачи с использованием закона
Ома.
5. Сформулировать и записать методику расчета задачи с использованием законов
Кирхгофа.
6. Сформулировать и записать методику решения задачи методом контурных токов.
7. Сформулировать физический смысл понятий работа и мощность тока.
8. Записать и уметь прочитать формулы работы и мощности постоянного тока.
9. Сформулировать смысл понятия « баланс мощностей». Записать и прочитать формулу.
10. Сформулировать понятие мгновенные, действующие амплитудные и средние значения тока и напряжения.
11. Знать что такое осциллограмма тока и напряжения. Уметь ее построить на графике.
Уметь показать на графике мгновенное и амплитудное значение тока и напряжения.
4
12. Знать формулу связи между действующим и амплитудным значением тока и напряжения.
13. Уметь рассчитать период, угловую частоту и начальную фазу мгновенного значения
тока и напряжения.
14. Уметь представить синусоидальные переменные токи и напряжения в векторном
виде. Уметь рассчитать разность фаз между векторами тока и напряжения.
15. Уметь представить синусоидальные переменные токи и напряжения в комплексном
виде. Знать понятие аргумента комплексного числа, комплексной амплитуды. Уметь
представить комплексное число в виде вектора на комплексной плоскости.
16. Записать законы Ома и Кирхгофа в комплексном виде.
17. Применить методику расчета задач с помощью законов Кирхгофа для комплексных
величин.
18. Уметь применить формулы расчета аргумента комплексного числа и модуля комплексного числа для нахождения разности фаз между полным током и напряжением
в электрической цепи; и для расчета амплитудного значения токов и напряжений.
19. Сформулировать понятие активной мощности переменного тока. Знать единицы
измерения и расчетную формулу.
20. Сформулировать понятие реактивной мощности переменного тока. Знать единицы
измерения и уметь записать формулу.
21. Сформулировать понятие полной мощности. Уметь записать полную мощность в
комплексном виде и по модулю. Знать единицы измерения.
22. Уметь записать мощность источника и баланс мощностей в цепи.
Модуль 2.
1. Сформулировать понятие фазных и линейных токов и напряжений
2. Уметь рассчитывать фазные и линейные токи и напряжения в символьной форме
3. Сформулировать понятие нейтрали и тока через нейтраль.
4. Уметь рассчитывать ток через нейтраль.
5. Сформулировать понятие активной мощности фазы. Уметь рассчитывать баланс
мощностей.
6. Уметь строить векторные диаграммы симметричной и несимметричной цепи.
7. Нахождение параметров электрической цепи при переходных процессах классическим методом.
8. Нахождение параметров электрической цепи при переходных процессах методом
операционного исчисления.
Модуль 3.
1. Магнитные величины и законы магнитного поля.
2. Магнитные цепи постоянного тока.
3. Законы Ома и Кирхгофа для магнитных цепей.
4. Ферромагнетики. Мягкие и жесткие.
5. Магнитные цепи переменного тока. Потери энергии в ферромагнетике. Токи Фуко.
Устройство, конструкция и принцип действия трансформатора. Режимы работы
трансформатора
6. Уметь рассчитывать прямую и обратную задачи магнитных цепей постоянного тока.
7. Элементарные расчеты трансформатора.
10. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе
5
следующих активных и интерактивных форм образовательных технологий: лекционные
чтения, проведение лабораторный практикум и внеаудиторная работа в учебно-научных
лабораториях, дискуссии.
11.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
12.1. Основная литература
1. Здыренкова, Т. В. Электротехника и электроника: учебное пособие/ Т. В. Здыренкова, В. А. Михеев, В. А. Стариков. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2013. - 412 с.
12.2.Дополнительная литература
2. Кузовкин, В. А. Теоретическая электротехника [Электронный ресурс] : учебник /
В. А. Кузовкин.
М.:
Логос,
2006.
495
с.
Режим
доступа:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=89927
3. Минкин, Ю. Б. Электротехника и электроника [Электронный ресурс] /
Ю. Б. Минкин, Г. П. Лычкина, П. В. Ермуратский. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 417 с.
Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=129904
4. Лабораторный практикум по курсу “Электротехника” / . - М. : МИФИ, 2011. - 68 с.
ISBN
978-5-7262-1555-6
;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=231701
5. Учебник по общей электротехнике: пер. с фр./ Г. Шатенье [и др.]. - Москва: Техносфера, 2009. - 624 с.
6. Т.В.Здыренкова . Общая электротехника и электроника: учеб. пособие. Тюмень:
Издательство Тюменского университета, 2009, 344с.
7. Катаенко, Ю. К.. Электротехника: учеб. пособие/ Ю. К. Катаенко. - Москва: Дашков и К, 2010. - 288 с
12.3.Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1.
eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
2.
Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/window/
3.
Федеральный портал «Российское образование»: http://www.edu.ru/
12.Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лабораторные
стенды.
методические указания.
Контрольно-измерительная
6
аппаратура.
Учебно-