электротехника / Введение

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Курс лекций

Введение

Направленность, цели и задачи дисциплины «Электротехника» Структура и объем дисциплины «Электротехника» Содержание дисциплины Рекомендуемая литература

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Электрическая энергия, ее роль и значение

"Электротехника и электроника" является частью федерального компонента дисциплин блока общепрофессиональной подготовки в соответствии с ФГОС направления подготовки бакалавров техники и технологии по направлению 150100 "Металлургия".

Дисциплина "Электротехника и электроника" состоит из двух самостоятельных частей: "Электротехника" и "Электроника", которые изучаются в разное время в соответствии с утвержденным учебным планом.

Направленность, цели и задачи дисциплины «Электротехника»

Целью изучения дисциплины является теоретическая и практическая подготовка бакалавров в области электротехники, обеспечивающая формирование общепрофессиональных (инженернодеятельностных) компетенций (ОПК) и инструментальных (деятельностных) компетенций (ИК) бакалавра, определенных ФГОС.

Основные задачи дисциплины "Электротехника":

знакомство с теоретическими основами электротехники, основными понятиями и законами электрических цепей;

изучение свойств особенностей и режимов работы электрических цепей синусоидального тока, знакомство с их практическим использованием, со способами создания режимов эффективной и рациональной их эксплуатации;

освоение методов и приобретение практических навыков расчета и анализа электрических цепей;

изучение свойств и особенностей магнитных цепей электротехнических устройств;

изучение принципов работы и свойств типовых электротехнических устройств, их характеристик и практического использования;

решение задач выбора электротехнических устройств и определения их характеристик по паспортным данным;

выполнение и приобретение навыков анализа характеристик электромагнитных устройств для решения технологических задач;

приобретение навыков проведения лабораторного электротехнического эксперимента, анализа его результата с составлением технически грамотных отчетных документов.

2

Структура и объем дисциплины «Электротехника»

В соответствии с модульным принципом построения учебного материала дисциплина "Электротехника" состоит из двух модулей:

Модуль I. «Электрические цепи»;

Модуль II. «Электромагнитные устройства».

Содержание дисциплины

Содержание дисциплины структурировано по модулям, разделам и темам.

Модуль I. Электрические цепи

Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока.

−Основные понятия

−Основные законы электрических цепей.

−Характеристики и свойства источника напряжения

−Основные режимы работы электрических цепей

−Методы расчета и анализ электрических цепей

−Особенности нелинейных электрических цепей постоянного тока

Раздел 2 Электрические цепи синусоидального тока

−Основные понятия

−Принцип создания синусоидальной ЭДС

−Параметры, характеризующие синусоидальную величину

−Способы изображения синусоидальных величин.

−Действующее и среднее значения синусоидальной величины.

3

−Идеальные элементы в цепи синусоидального тока

−Цепь синусоидального тока с последовательным соединением R, L, C – элементов.

−Цепь синусоидального тока с параллельным соединением приемников. Резонанс токов

−Повышение коэффициента мощности электротехнических установок .

−Разветвленная цепь синусоидального тока

Раздел 3 Трехфазные электрические цепи

−Основные понятия и определения

−Создание трехфазной системы ЭДС.

−Способы соединения фаз в трехфазной цепи.

−Напряжения трехфазного источника.

−Классификация приемников в трехфазной цепи.

−Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «Звездой»

−Значение нейтрального провода

−Расчет трехфазной цепи при соединении фаз приемника «треугольником»

−Мощность трехфазной цепи

Модуль II. Магнитные цепи и электромагнитные устройства

Раздел 4 Магнитные цепи

−Основные понятия. Элементы магнитной цепи.

−Свойства и характеристики ферромагнитных материалов.

−Закон полного тока. Закон Ома для магнитной цепи.

−Аналогия магнитной и электрической цепей.

−Расчет и анализ магнитных цепей.

−Магнитные цепи постоянных магнитных потоков.

−Магнитные цепи с воздушным зазором в магнитопроводе.

−Особенности магнитных цепей переменных магнитных потоков.

−Магнитные потери в магнитопроводе.

Раздел 5 Трансформаторы

−Основные понятия. Назначение и области применения.

−Устройство и принцип действия трансформатора.

−Особенности реального трансформатора.

−Изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке.

−Режимы работы трансформатора.

−Потери энергии в трансформаторе, кпд.

−Лабораторные испытания трансформатора.

4

−Анализ режимов работы трансформатора по его характеристикам и паспортным данным.

−Особенности специальных трансформаторов.

Раздел 6 Электрические машины

−Основные понятия, назначение, типы электрических машин.

−Электрические машины постоянного тока. Генератор и двигатель постоянного тока. Устройство и принцип действия. Электромагнитный момент. Способы возбуждения. Пуск двигателя. Механические и рабочие характеристики. Регулирование частоты вращения. Паспортные данные двигателей постоянного тока. Анализ режима работы по механической и рабочим характеристикам.

−Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Конструкция обмотки статора. Типы обмотки ротора. Создание и свойства вращающегося магнитного поля. Скольжение. Электромагнитный момент. Механическая и рабочие характеристики. Режимы работы асинхронного двигателя. Паспортные данные асинхронного двигателя. Способы пуска асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения, электрическое торможение АД.

−Особенности синхронной электрической машины. Устройство, принцип действия, области применения.

Рекомендуемая литература

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника: учеб. для вузов/ М.В. Немцов. М.: МЭИ. «Техника и технологии», 2003. 616 с.

2.Иванов И.И. Электротехника: учебник для студентов неэлектротехн. специальностей вузов / И.И. Иванов, Г.И. Соловьев, В.С. Равдоник. Краснодар:

Лань, 2005. 496 с.

3.Касаткин А.С. Электротехника: учебник для студентов неэлектротехн. специальностей вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. М.: Академия, 2005. 544 с.

4.Рекус Г.Г. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам электроники: учеб. пособие для вузов / Г.Г. Рекус, А.И. Белоусов. М.: Высш.

шк., 2001. 416 с.

5.Лачин В.И. Электротехника: учеб. пособие для вузов / В.И. Лачин, Н.С. Савелов. Ростов н/Д.: Феникс, 2004. 576 с.

6.Кононенко В.В. Электротехника и электроника / В.В. Кононенко. Ростов н/Д.: Феникс, 2007. 784 с.

7.Мурзин Ю.М. Электротехника: учеб. пособие /Ю.М. Мурзин, Ю.И.Волков. СПб: Питер, 2007.443с.

8.Электрические цепи: Методические указания к лабораторным работам по курсу "Электротехника". - Свердловск: УПИ, 1990. - 41 с.

5

9.Электромагнитные устройства и электрические машины: Методические указания к лабораторным работам по курсу "Электротехника". - Свердловск: УПИ, 1991. - 39 с.

10.Портал информационно-образовательных ресурсов на сайте УГТУ-

УПИ. Режим доступа: http://study.ustu.ru

11.Видеосервер УГТУ-УПИ. Режим доступа: http://video.ustu.ru

12.Сервер зональной научной библиотеки УГТУ-УПИ. Режим доступа: http://library.ustu.ru

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

−Обязательное посещение лекций ведущего преподавателя.

Лекции – основное методическое средство при изучении дисциплины, наиболее оптимальным образом структурированное и скорректированное на современный материал. В лекции глубоко и подробно, аргументировано

иметодологически строго рассматриваются главные вопросы, темы, излагается учебный материал в систематизированном виде. При подготовке к лекции следует повторить ранее изученный материал лекций

илабораторных занятий с использованием рекомендованной литературы и дополнительных источников информации.

Особое значение имеют навыки составления конспектов лекций. Форма конспекта не регламентируется методическими и нормативными документами. В конспекте помимо информации, представленной преподавателем на доске или предложенной в раздаточном материале, следует отражать собственные замечания, связанные с рассматриваемыми вопросами. При самостоятельной работе следует уточнять и корректировать собственные замечания на основании дополнительных сведений и консультации с преподавателем;

−Подготовка и активная работа на лабораторных занятиях. Подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы, методических указаний. При подготовке к занятиям необходимо глубокое осмысление цели работы и ожидаемых результатов. Во время выполнения лабораторной работы необходимо руководствоваться методическими указаниями и инструктажем преподавателя. При этом следует обращать внимание на правильное использование электроизмерительных приборов и последовательность методики проведения экспериментов. При составлении отчета по лабораторной работе следует обратить внимание на его техническую грамотность, аккуратность, последовательность анализа

6

полученных результатов, выявление причинно–следственных связей отдельных явлений и процессов, лаконичность и аргументированность выводов;

−Во время занятий следует проявлять активность, формулируя неясные вопросы и участвуя в совместном их обсуждении. При работе в электроустановках быть внимательным, сосредоточенным, соблюдать необходимые правила техники безопасности и организации работ;

−При выполнении заданий расчетно–графических работ обращать внимание на методику и логическую последовательность решения задач, необходимость анализа получаемых результатов, техническую грамотность, аккуратность оформления пояснительной записки;

−Для обсуждения с преподавателем неясных вопросов по существу дисциплины активно использовать текущие консультации ведущего преподавателя.

Для получения дополнительной информации по существу изучаемых вопросов следует активно использовать рекомендованную литературу, имеющуюся в библиотеке университета, находить полезную информацию в компьютерной сети Интернет, активно пользоваться широкими возможностями Образовательного портала на сайте УГТУ–УПИ (http://study.ustu.ru), Электронной зональной научной библиотекой УГТУ-УПИ

(http://library.ustu.ru), Видеосервером УГТУ-УПИ (http://video.ustu.ru)

Электрическая энергия, ее роль и значение

В основном человек в своей жизнедеятельности потребляет тепловую, механическую, световую энергию. При этом возникает необходимость не только производить и потреблять эти виды энергии, но и предавать на значительные расстояния. Однако при этом значительная часть энергии теряется. Это означает преобразование энергии в–основном в тепло, которое рассеивается в окружающем пространстве. Часто эти потери могут быть соизмеримы с общим объемом передаваемой энергии, т.е. кпд устройств передачи указанных видов энергии может быть весьма низким.

Этот недостаток может быть исключен при передаче на значительные расстояния электрической энергии. Это обусловливает широкое применение электрической энергии в жизнедеятельности человека.

Электрическая энергия позволяет быстро изменять ее параметры (ток, напряжение), что необходимо для работы многих устройств (быстродействующие системы автоматического управления, передачи и обработки информации, современные компьютеры и т.п.). Кроме того, электрическую энергию можно легко преобразовать в другие виды энергии.

7

Разработано по плану инновационной образовательной программы УГТУ-УПИ.

Коллектив разработчиков кафедры «Электротехника и электротехнологические системы»

УГТУ–УПИ

Сарапулов Федор Никитич – заведующий кафедрой, профессор, д.т.н.; Проскуряков Валерий Степанович – доцент, к.т.н.;

Хрулькова Наталья Вячеславовна – ассистент.

Кафедра «Электротехника и электротехнологические системы» УГТУ–УПИ

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19. Тел. 375-47-51, E-mail: vpros@mail.ru

8