Рабочая программа дисциплины "электротехника и электроника" для специальностей 271500 "Пищевая биотехнология" направления 655500 "Биотехнология"

скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УТВЕРЖДАЮ Декан ф-та прикладной биотехнологии проф. ____________Востриков С.В. "____"_____________2005 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ "ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА" для специальностей 271500 - "Пищевая биотехнология" направления 655500 - "Биотехнология" Программа рассмотрена на заседании кафедры промэнергетики, протокол № 7 от " 28 " марта 2005 г. Заведующий кафедрой, проф. В.В. Шитов на заседании методической комиссии по образованию в области технологии сырья животного происхождения протокол № от " " 2005 г. Председатель методической комиссии, доц. Л.В. Батищева Воронеж 2005 г. СОГЛАСОВАНО Зав. кафедрой технологии мяса и мясных продуктов, проф. Л.В. Антипова 1. Цели и задачи дисциплины Инженерная деятельность инженера-технолога наиболее часто осуществляется в следующих направлениях: в области эксплуатации оборудования с электрическим приводом; в области конструирования технологических автоматов, агрегатов и автоматизированных технологических линий; в области анализа и улучшения показателей электропотребления; в области испытания и исследования производственных процессов и агрегатов; в области проектирования технологических процессов и установок и т. д. Указанные направления учитывались при составлении рабочей программы. Исходя из этого курс "Электротехника и электроника" имеет целью: - развить у студентов представление об электротехнике как об одной из основных общеинженерных дисциплин. Формировать инженерно-техническое мышление; - обогатить память студентов знанием основных электрических явлений и их закономерностей, а также представлениями о теоретическом и экспериментальном методе изучения явлений. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Инженер неэлектротехнической специальности должен уметь читать электрические схемы, достаточно четко понимать физические процессы, происходящие в электрических и магнитных цепях, понимать назначение и выполняемые функции основных узлов современного автоматизированного оборудования, содержащих электронные приборы и элементы автоматизации. В связи с этим в процессе изучения курса "Электротехника и электроника" студент должен: - приобрести конкретные представления о многообразии форм существования материи, об энергии как всеобщей мере движения, качественном и количественном уровнях изучения явлений и процессов; - получить достаточно широкую теоретическую подготовку в области электротехники, которая позволит ему ориентироваться в потоке научно-технической информации и использовать новые физические принципы в области своей специализации; - научиться методам анализа энергоиспользования, выявлению возможностей снижения энергопотребления; - уяснить, что учебный курс далеко не охватывает обширную научную информацию по любому вопросу программы, но при необходимости такую информацию можно приобрести. 3. Объем дисциплины и виды учебной работы Виды учебной работы Всего часов Семестр 5 Общая трудоемкость дисциплины 102 102 Аудиторные занятия 51 51 Лекции 17 17 Лабораторные работы (ЛР) 17 17 Практические занятия (ПЗ) 17 17 Самостоятельная работа (СРС) 51 51 Проработка материалов по конспекту лекций 0,217=3,4 3,4 Проработка материалов, изложенных в лекции, по учебникам 1224/16=14 14 Оформление текстов отчетов по ЛР и ПЗ 0,234=6,8 6,8 Оформление текстовой документации в виде графиков 0,534=17 17 Расчетно-графическая работа 9,8 9,8 Выполнение расчетов для РГР 0,510=5 5 Оформление текста пояснительной записки 0,210=2 2 Оформление текстовой документации в виде графиков 0,74=2,8 2,8 Вид итогового контроля экзамен 4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № п/п Раздел дисциплины Лекции ЛР ПЗ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Введение Электрические цепи постоянного тока Однофазные электрические цепи Трехфазные электрические цепи Электрические измерения Трансформаторы Асинхронные машины Синхронные машины Машины постоянного тока Электрический привод Электротехнологические установки Электроснабжение промышленных предприятий 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 4 4 4 5 3 3 3 2 2 2 2 4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Введение. Электрическая энергия, ее особенности и области применения. Исторические этапы развития электротехники. Значение электротехнической подготовки для инженеров-технологов. Содержание и структура курса. 2. Электрические цепи постоянного тока. Области применения постоянного тока. Элементы электрической цепи. Источники и приемники электрической энергии. Режимы работы электрической цепи. Баланс мощности в электрических цепях. Определение эквивалентных сопротивлений в линейных цепях при последовательном, параллельном и смешанном соединении пассивных элементов. Расчет разветвленных линейных цепей путем непосредственного применения законов Кирхгофа. 3. Однофазные электрические цепи. Причины широкого распространения синусоидального тока промышленной частоты. Принцип действия простейшего однофазного генератора. Основные параметры, характеризующие синусоидальный ток. Начальная фаза. Сдвиг фаз. Мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значения синусоидальных электрических величин. Представление синусоидальных величин тригонометрическими функциями, графиками изменения функций во времени (т. н. волновыми диаграммами), вращающимися векторами и комплексными числами. Понятие об идеальных элементах электрической цепи. Цепь синусоидального тока с резистором. Понятие об активном сопротивлении с примерами приемников электрической энергии, обладающих активным сопротивлением. Закон Ома для мгновенных, амплитудных и действующих значений в цепи с резистивным элементом и выражением мгновенной мощности. Волновая и векторная диаграммы тока и напряжения и волновая диаграмма мгновенной мощности. Определение активной мощности. Цепь синусоидального тока с идеальной индуктивной катушкой. Физическая сущность индуктивного сопротивления. Примеры приемников, обладающих индуктивным сопротивлением. Волновые и векторные диаграммы цепи с идеальной индуктивной катушкой. Закон Ома для цепи с идеальной индуктивной катушкой. Реактивное сопротивление индуктивности. Выражение мгновенной мощности. Физическое толкование процессов в цепи с индуктивной катушкой. Реактивная мощность. Цепь синусоидального тока с конденсатором. Понятие о емкости и механизме прохождения переменного тока в цепи с конденсатором. Закон Ома для цепи с идеальным конденсатором. Реактивное сопротивление емкости. Волновая и векторная диаграммы напряжения и тока. Выражение мгновенной мощности. Физическое толкование процессов в цепи с конденсатором. Реактивная мощность. Неразветвленная цепь синусоидального тока с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Эквивалентная схема неразветвленной цепи. Мгновенные, амплитудные и действующие значения напряжения на участках цепи. Волновая и векторная диаграммы. Треугольник напряжений. Закон Ома для неразветвленной цепи с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Треугольник сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности в неразветвленной цепи. Треугольник мощностей. Физическое толкование процессов в неразветвленной цепи с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Резонанс напряжений и условия его возникновения. Физическое толкование процессов при резонансе напряжений. Разветвленная цепь синусоидального тока. Векторные диаграммы и треугольник токов. Определение результирующего тока и токов в отдельных ветвях разветвленной цепи методом комплексных величин. Резонанс токов и условия его возникновения. Физическое толкование процессов при резонансе токов. Колебательный контур. Повышение коэффициента мощности и его технико-экономическое значение. Влияние реактивной мощности на величину потерь в линиях электропередач и эффективность использования генераторов и трансформаторов. 4. Трехфазные электрические цепи. Области применения трехфазных устройств. Простейший трехфазный генератор. Несвязная шестипроводная система. Понятие о фазе и симметричной нагрузке. Переход от несвязанной системы к связанной четырехпроводной. Способ соединения звездой. Понятие о линейных и нейтральных проводах, фазных и линейных напряжениях. Переход от четырехпроводной к трехпроводной системе. Соотношения между фазными и линейными токами при соединении треугольником и симметричной нагрузке фаз. Понятие о несимметричных режимах. Мощность трехфазной системы. Активная и реактивная мощности трехфазной цепи при любом характере нагрузки. Активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке. 5. Электрические измерения. Классификация электроизмерительных приборов (приборы непосредственной оценки или аналоговые приборы, приборы сравнения, цифровые приборы). Погрешности приборов. Классы точности. Расшифровка условных обозначений на шкалах приборов. Системы электроизмерительных приборов: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электростатические, индукционные, термоэлектрические, выпрямительные, цифровые. Обозначения систем электроизмерительных приборов. Методы электрических измерений и их преимущества. Виды и методы электрических измерений. Измерения тока и напряжения. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров. Измерение мощности в цепях постоянного тока. Измерение мощности в однофазных цепях. Измерение активной мощности в трехфазных цепях. Понятие об измерении реактивной мощности. Измерение электрической энергии. Измерение сопротивлений. Компенсационный метод измерения. 6. Трансформаторы. Назначение и области применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Основной магнитный поток. ЭДС и коэффициент трансформации. Холостой ход и нагрузочный режим трансформатора. Физическое толкование процессов в нагруженном трансформаторе. Уравнения магнитодвижущих сил и токов. Баланс мощностей и КПД трансформатора. Определение потерь опытами холостого хода и короткого замыкания. Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при изменении нагрузки. Устройство, принцип действия и области применения трехфазных трансформаторов. Конструкции трансформаторов. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. 7. Асинхронные машины. Устройство трехфазной асинхронной машины. Возбуждение вращающегося поля трехфазной симметричной системой токов. Частота и направление вращения поля. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя и области его применения. Аналогия с трансформатором. Конструкции фазного и короткозамкнутого ротора. Скольжение. Частота тока в цепи ротора. Магнитные потоки и ЭДС статора и ротора. Индуктивное сопротивление обмотки ротора. Ток в неподвижном и вращающемся роторе. Режим холостого хода. Режим работы асинхронного двигателя при нагрузке. Уравнения магнитодвижущих сил и токов. Физическое толкование процессов в нагруженном двигателе. Диаграмма баланса мощностей и КПД двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя и его зависимость от скольжения. Критическое скольжение и максимальный момент. Механические характеристики. Пуск асинхронного двигателя. Регулирование частоты вращения двигателя и его реверсирование. 8. Синхронные машины. Устройство трехфазной синхронной машины с электромагнитным возбуждением. Синхронный генератор. Принцип действия. Векторная диаграмма синхронного генератора. Характеристики синхронного генератора. Включение синхронных генераторов на параллельную работу. Параллельная работа генераторов с сетью. Принцип действия синхронной машины при работе в режиме двигателя. Асинхронный пуск синхронного двигателя. Уравнение электрического равновесия и векторная диаграмма фазы обмотки статора. Вращающий электромагнитный момент синхронного двигателя. Механическая характеристика синхронного двигателя. Режим работы при постоянной нагрузке. Влияние величины тока возбуждения на коэффициент мощности двигателя. Режим работы при постоянной нагрузке на валу, но при переменном возбуждении. U-образные характеристики. Работа двигателя в режиме компенсатора. Преимущества и недостатки синхронных двигателей по сравнению с асинхронными. 9. Машины постоянного тока. Устройство машины постоянного тока. Назначение коллектора. Генераторный и двигательный режимы работы. Реакция якоря. Понятие о коммутации и назначении добавочных полюсов. Классификация машин по способу возбуждения. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя. Вращающий момент, мощность и КПД. Пуск двигателя и назначение пускового реостата. Механические характеристики двигателей. Регулирование частоты вращения. Сравнительная оценка свойств двигателей постоянного тока при разных способах возбуждения и области их применения. 10. Электрический привод. Краткая история развития электропривода. Факты, определяющие выбор мощности электродвигателя. Типовое режимы работы электропривода. Принципы и условия выбора мощности электродвигателей для продолжительного (постоянного и переменного), кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы. Выбор конструктивного исполнения. Выбор двигателя по каталогу. Аппаратура ручного управления: рубильники, переключатели, контроллеры. Аппаратура автоматизированного управления: электромагнитный контактор, электромагнитное и тепловое реле. Нереверсивные и реверсивные магнитные пускатели. Понятие о бесконтактных схемах управления и тиристорном электроприводе. 11. Электротехнологические установки. Классификация электрофизических методов обработки материалов и продуктов. Понятие об установках прямого и косвенного нагрева. Электросварочные установки. Установки индукционного нагрева. Установки высокочастотного диэлектрического нагрева. Электростатические установки для разделения сухих сыпучих тел на компоненты, очистки газов и пыли, копчения продуктов и т. п. Магнитные установки для очистки продуктов от ферропримесей, сепарации, магнитной обработки воды и сельскохозяйственной продукции. Применение ультразвука для обработки изделий и продуктов. Применение инфракрасного излучения для целей сушки и ультрафиолетовых лучей для стерилизации, стимулирования или угнетения биологических процессов. 12. Электроснабжение промышленных предприятий. Общие принципы снабжения промышленных предприятий электрической энергией. Схемы электроснабжения пищевых предприятий. Расчет электрических нагрузок. Выбор количества мощности и места расположения трансформаторных подстанций. Электрические сети. Выбор сечения проводов и кабелей. Пути экономии электроэнергии и нормирование удельных расходов. Учет и тарификация электроэнергии. Расчетно-графическая работа. Анализ однофазной электрической цепи. Анализ трехфазной электрической цепи. Определение основных параметров трехфазного трансформатора. Выбор мощности и типа асинхронного двигателя. 5. Лабораторный практикум № п/п № раздела дисциплины Наименование лабораторных работ 1 2 3 4 3 4 6 7 Исследование неразветвленной электрической цепи однофазного синусоидального тока с резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами. Резонанс напряжений. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников "звездой". Испытание однофазного трансформатора. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 6. Формы и содержание текущего, промежуточного и итогового контроля Текущий контроль - отчет по лабораторным работам и рейтинговая система. Промежуточный контроль - РГР контроля знаний. Итоговый контроль - экзамен. Вопросы к экзамену. Элементы электрической цепи. Источники и приемники электрической энергии. Режимы работы электрической цепи. Баланс мощности в электрических цепях. Определение эквивалентных сопротивлений в линейных цепях при последовательном, параллельном и смешанном соединении пассивных элементов. Расчет разветвленных линейных цепей путем непосредственного применения законов Кирхгофа. Принцип действия простейшего однофазного генератора. Основные параметры, характеризующие синусоидальный ток. Начальная фаза. Сдвиг фаз. Мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значения синусоидальных электрических величин. Представление синусоидальных величин тригонометрическими функциями, графиками изменения функций во времени, вращающимися векторами и комплексными числами. Понятие об идеальных элементах электрической цепи. Цепь синусоидального тока с резистором. Понятие об активном сопротивлении с примерами приемников электрической энергии, обладающих активным сопротивлением. Закон Ома для мгновенных, амплитудных и действующих значений в цепи с резистивным элементом и выражением мгновенной мощности. Волновая и векторная диаграммы тока и напряжения и волновая диаграмма мгновенной мощности. Определение активной мощности. Цепь синусоидального тока с идеальной индуктивной катушкой. Волновые и векторные диаграммы цепи с идеальной индуктивной катушкой. Закон Ома для цепи с идеальной индуктивной катушкой. Реактивное сопротивление индуктивности. Выражение мгновенной мощности. Физическое толкование процессов в цепи с индуктивной катушкой. Реактивная мощность. Цепь синусоидального тока с конденсатором. Понятие о емкости и механизме прохождения переменного тока в цепи с конденсатором. Волновая и векторная диаграммы напряжения и тока. Выражение мгновенной мощности. Физическое толкование процессов в цепи с конденсатором. Реактивная мощность. Неразветвленная цепь синусоидального тока с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Мгновенные, амплитудные и действующие значения напряжения на участках цепи. Волновая и векторная диаграммы. Треугольник напряжений. Закон Ома для неразветвленной цепи с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Треугольник сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности в неразветвленной цепи. Треугольник мощностей. Физическое толкование процессов в неразветвленной цепи с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Резонанс напряжений и условия его возникновения. Физическое толкование процессов при резонансе напряжений. Разветвленная цепь синусоидального тока. Определение результирующего тока и токов в отдельных ветвях разветвленной цепи методом комплексных величин. Резонанс токов и условия его возникновения. Физическое толкование процессов при резонансе токов. Повышение коэффициента мощности и его технико-экономическое значение. Простейший трехфазный генератор. Понятие о фазе и симметричной нагрузке. Способ соединения звездой. Понятие о линейных и нейтральных проводах, фазных и линейных напряжениях. Переход от четырехпроводной к трехпроводной системе. Соотношения между фазными и линейными токами при соединении треугольником и симметричной нагрузке фаз. Понятие о несимметричных режимах. Мощность трехфазной системы. Активная и реактивная мощности трехфазной цепи при любом характере нагрузки. Классификация электроизмерительных приборов. Погрешности приборов. Классы точности. Расшифровка условных обозначений на шкалах приборов. Системы электроизмерительных приборов: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электростатические, индукционные, термоэлектрические, выпрямительные, цифровые. Обозначения систем электроизмерительных приборов. Виды и методы электрических измерений. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров. Измерение мощности в однофазных цепях. Измерение активной мощности в трехфазных цепях. Понятие об измерении реактивной мощности. Измерение электрической энергии. Измерение сопротивлений. Назначение и области применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Холостой ход и нагрузочный режим трансформатора. Физическое толкование процессов в нагруженном трансформаторе. Уравнения магнитодвижущих сил и токов. Баланс мощностей и КПД трансформатора. Определение потерь опытами холостого хода и короткого замыкания. Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора при изменении нагрузки. Устройство, принцип действия и области применения трехфазных трансформаторов. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Устройство трехфазной асинхронной машины. Возбуждение вращающегося поля трехфазной симметричной системой токов. Частота и направление вращения поля. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя и области его применения. Конструкции фазного и короткозамкнутого ротора. Скольжение. Магнитные потоки и ЭДС статора и ротора. Индуктивное сопротивление обмотки ротора. Режим холостого хода. Режим работы асинхронного двигателя при нагрузке. Диаграмма баланса мощностей и КПД двигателя. Вращающий момент асинхронного двигателя и его зависимость от скольжения. Критическое скольжение и максимальный момент. Механические характеристики. Пуск асинхронного двигателя. Регулирование частоты вращения двигателя и его реверсирование. Устройство трехфазной синхронной машины с электромагнитным возбуждением. Синхронный генератор. Принцип действия. Векторная диаграмма синхронного генератора. Характеристики синхронного генератора. Принцип действия синхронной машины при работе в режиме двигателя. Асинхронный пуск синхронного двигателя. Вращающий электромагнитный момент синхронного двигателя. Механическая характеристика синхронного двигателя. Режим работы при постоянной нагрузке. Режим работы при постоянной нагрузке на валу, но при переменном возбуждении. U-образные характеристики. Работа двигателя в режиме компенсатора. Преимущества и недостатки синхронных двигателей по сравнению с асинхронными. Устройство машины постоянного тока. Назначение коллектора. Генераторный и двигательный режимы работы. Понятие о коммутации и назначении добавочных полюсов. Классификация машин по способу возбуждения. Работа машины постоянного тока в режиме двигателя. Вращающий момент, мощность и КПД. Пуск двигателя и назначение пускового реостата. Механические характеристики двигателей. Регулирование частоты вращения. Сравнительная оценка свойств двигателей постоянного тока при разных способах возбуждения и области их применения. Факты, определяющие выбор мощности электродвигателя. Типовое режимы работы электропривода. Принципы и условия выбора мощности электродвигателей для продолжительного, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы. Аппаратура ручного управления: рубильники, переключатели, контроллеры. Аппаратура автоматизированного управления: электромагнитный контактор, электромагнитное и тепловое реле. Нереверсивные и реверсивные магнитные пускатели. Понятие о бесконтактных схемах управления и тиристорном электроприводе. Понятие об установках прямого и косвенного нагрева. Электросварочные установки. Установки индукционного нагрева. Электростатические установки для разделения сухих сыпучих тел на компоненты, очистки газов и пыли, копчения продуктов и т. п.. Применение ультразвука для обработки изделий и продуктов. Применение инфракрасного излучения для целей сушки и ультрафиолетовых лучей для стерилизации, стимулирования или угнетения биологических процессов. Схемы электроснабжения пищевых предприятий. Электрические сети. Пути экономии электроэнергии. 7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 7.1. Основная литература Электротехника и электрооборудование./ Под ред. П.П. Ястребова.- Воронеж, ВГУ, 1987. Иванов А.А. Электрооборудование пищевых предприятий.- Киев: Высшая школа, 1985. Методические указания к расчетно-графической работе по электротехнике / Воронеж. гос. технол. акад.: Сост. Ю.В. Панфилов, С.А. Никель. Воронеж, 2003.- 23 с. 7.2. Дополнительная литература Электротехника./ Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.: Энергия, 1983. Расчет механических характеристик асинхронного электродвигателя на ЭВМ, Воронеж: РИО и УОП ВТИ, 1990. 7.3. Обучающие, контролирующие, расчетные компьютерные программы и другие средства освоения дисциплины Для обработки экспериментальных данных при выполнении лабораторных работ, составлении отчетов, а также выполнении РГР используются разработанные кафедрой методические указания и пособия по применению ЭВМ. Программное обеспечение позволяет провести расчеты с требуемой достоверностью. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 271500 подготовки дипломированного специалиста. Рабочую программу составил доцент кафедры промэнергетики Ю.В. Панфилов Скачать 186,73 Kb. оставить комментарий Дата 28.09.2011 Размер 186,73 Kb. Тип Рабочая программа, Образовательные материалы