Программа по дисциплине Теоретические основы электротехники
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Курс лекций по дисциплине «Теоретические основы электротехники» для студентов дневного, вечернего и заочного отделений Автор: Красницкий Владимир Леонидович, преподаватель спецдисциплин. Предмет: Теоретические основы электротехники: 130 час Литература: В. Прянишников: Теоретические основы электротехники: Курс лекцийФ. Е. Евдокимов"Теоретические основы электротехники П.А. Бутырин. О.В. Толчеев. Ф.Н. Шаркирзянов «Электротехника» Рабочая поурочная программа по дисциплине «Теоретические основы электротехники» ( Теория – 130 часов) Тема 1 Электрическое поле и его характеристики (12 часов) Занятие 1. (2 часа) Электрическое поле Занятие 2. (2 часа) Напряженность электрического поля. Занятие 3. (2 часа) Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Занятие 4. (2 часа) Закон Кулона Занятие 5. (2 часа) Электрические конденсаторы Занятие 6. (2 часа) Контрольная работа №1 ЭТ У6 Тема 2. Физические процессы в электрических цепях (34 часа) Занятие 7 (2 часа) Электрическая цепь Занятие 8. (2 часа) Электрический ток Занятие 9. (2 часа) ЭДС и напряжение. Занятие 10. (2 часа) Электрическое сопротивление Занятие 11. (2 часа) Закон Ома Занятие 12. (2 часа) Контрольная работа №2 ЭТ У12 Занятие 13. (2 часа) Энергия и мощность электрического тока. Занятие 14 (2 часа) Тепловое действие тока Занятие 15. (2 часа) Аппараты управления Занятие 16. (2 часа) Баланс мощностей Занятие 17. (2 часа) Контрольная работа №3 ЭТ У17 Занятие 18. (2 часа) Понятие об электрических схемах Занятие 19. (2 часа) Задачи расчета электрических цепей. Занятие 20 (2 часа) Законы Кирхгофа Занятие 21. (2 часа) Способы соединения сопротивлений Занятие 22. (2 часа) Расчет электрических цепей Занятие 23. (2 часа) Контрольная работа №4 ЭТ У23 Тема 3 Магнитное поле и магнитные цепи. (18 часов) Занятие 24 (2 часа) Магниты и магнитное поле . Занятие 25. (2 часа) Магнитные свойства веществ Занятие 26. (2 часа) Классификация, элементы и характеристики магнитных цепей Занятие 27. (2 часа) Основные законы магнитной цепи. Занятие 28 (2 часа) Сила Ампера Занятие 29 (2 часа) Электромагнитная индукция. Занятие 30 (2 часа) Самоиндукция Занятие 31 (2 часа) Взаимоиндукция Занятие 32 (2 часа) Контрольная работа №5 ЭТ У32 Тема 4. Начальные сведения о переменном токе (10 часов) Занятие 33 (2 часа) Переменная ЭДС. Занятие 34 (2 часа) Параметры переменного тока Занятие 35 (2 часа) Сложение и вычитание синусоидальных величин. Занятие 36 (2 часа) Векторная диаграмма. Занятие 37 (2 часа) Контрольная работа №6 ЭТ У37 Тема 5. Элементы и параметры цепей переменного тока (22 часа) Занятие 38 (2 часа) Активное сопротивление в цепи переменного тока. Занятие 39 (2 часа) Цепь переменного тока с индуктивностью: Занятие 40 (2 часа) Цепь переменного тока с емкостью Занятие 41 (2 часа) Цепь с последовательным соединением RL и RC Занятие 42 (2 часа) Комплексный метод расчета цепей переменного тока. Занятие 43 (2 часа) Комплексные сопротивления и проводимости Занятие 44 (2 часа) Резонанс напряжений Занятие 45 (2 часа) Резонанс токов Занятие 46 (2 часа) Активная, реактивная и полная мощности. Занятие 47 (2 часа) Коэффициент мощности Занятие 48 (2 часа) Контрольная работа №7 ЭТ У48 Тема 6. Трехфазные цепи переменного тока (16 часов) Занятие 49 (2 часа) Устройство трехфазного генератора. Занятие 50 (2 часа) Соединение трехфазной цепи звездой. Занятие 51 (2 часа) Соединение трехфазной цепи треугольником. Занятие 52 (2 часа) Вращающееся магнитное поле. Занятие 53 (2 часа) Принцип работы асинхронного двигателя. Занятие 54 (2 часа) Индуктивно связанные элементы в цепи переменного тока. Занятие 55 (2 часа) Принцип работы трехфазного трансформатора. Занятие 56 (2 часа) Контрольная работа №8 ЭТ У56 Модуль 3. Электрические установки (18 часов) Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов) Занятие 57 (2 часа) Назначение и классификация электрических машин. Занятие 58 (2 часа) Конструкции электрических машин. Занятие 59 (2 часа) Электрические аппараты. Занятие 60 (2 часа) Электрические системы. Занятие 61 (2 часа) Электроснабжение предприятий и населенных пунктов. Занятие 62 (2 часа) Электрические осветительные установки. Занятие 63 (2 часа) Перспективные направления развития электротехники Занятие 64 (2 часа) Контрольная работа №9 ЭТ У64 Занятие 65 (2 часа) Итоговое занятие Введение Теоретические основы электротехники (ТОЭ) являются базовым общетехническим курсом для специальности: 2913. Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий Данный предмет является теоретической базой для изучения предметов специального цикла. Его изучение базируется на учебном материале ряда общеобразовательных и естественно-научных предметов и, прежде всего, математики и физики. Программой дисциплины «Теоретические основы электротехники.» предусматривается изучение физических законов, линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей постоянного и переменного тока, методов их расчета и практического использования; формирование у специалиста правильного подхода к постановке и решению проблем эффективного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на основе мирового опыта и государственной политики в области энергосбережения. В результате изучения предмета «Теоретические основы электротехники.» студенты должны приобрести соответствующие знания и умения. студенты должны ЗНАТЬ:
студенты должны УМЕТЬ:
Студенты должны иметь представление:
Модуль 1. Электрические цепи постоянного тока (24 часа) Тема 1 Электрическое поле и его характеристики (6 часов) Занятие 1. Электрическое поле а) Электрический заряд. Достаточно потереть пластмассовую пластинку о кусочек шерсти, как она станет притягивать кусочки бумаги. Дальнейшее изучение этого явления показало, что оно вызывается электрическими зарядами, находящимися на пластинке. Однако наэлектризованные тела не только притягиваются, но и отталкиваются. Это говорит о различных видах зарядов накапливающихся на предметах. Один из видов электрических зарядов условились называть положительными, а другой – отрицательными. Описанные выше явления объясняются особенностями строения атомов различных веществ. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. В обычных условиях атом электрически нейтрален, так как суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. Опыты и расчеты показывают, что отрицательный заряд электрона является наименьшим зарядом в природе. Его называют элементарным электрическим зарядом. Он равен: е = - 1,6 ∙ 10-19 Кл . Где: е – обозначение заряда электрона Кл – обозначение единицы измерения электрических зарядов ( Кулон ) Все остальные электрические заряды кратны модулю элементарного заряды, то есть, заряд любого тела равен: q = n |e| Где: q - электрический заряд тела n = 1,2,3…..- целое число |e| - модуль элементарного заряда б) Электрическое поле. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов передается электростатическим полем. Поле представляет собой один из видов материи, существующей в пространстве в неразрывной связи с электрическим зарядом. Основное свойство электрического поля — это способность оказывать силовое действие на помещенные в него электрические заряды.  Рис.1.1. Взаимодействие двух одноименных зарядов Электрическое поле заряда не одинаково в разных точках. В этом можно убедиться, определяя силу, с которой поле действует на пробный заряд, вносимый в разные точки поля. Пробным называют электрический заряд q0, помещенный в электрическое поле для обнаружения поля. Пробный заряд может быть положительным или отрицательным, но небольшим в сравнении с зарядом q, создающим поле.  Рис.1.2. Одиночный заряд в электрическом поле Занятие 2. Напряженность электрического поля. а) Определение напряженности Напряженностью электрического поля в данной точке называется векторная величина Е, определяемая силой, с которой поле действует на единичный точечный заряд, помещенный в эту точку:  Помещая пробный заряд в ту или иную точку поля, можно определить напряженность поля в каждой точке. Таким образом, каждая точка электрического поля характеризуется вектором напряженности. б) Силовые линии электрического поля. Электрическое поле изображается с помощью линий напряженности. Свойства линий напряженности:
  Рис.2.1. Линии напряженности точечных зарядов и линии напряженности при взаимодействии одноименных и разноименных электрических зарядов Занятие 3 Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. а) Потенциал Каждая точка электрического поля характеризуется своим потенциалом.  Рис.3.1. Потенциалы различных точек электрического поля. Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.  б) Разность потенциалов. Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Разность потенциалов называют также напряжением.  Единица разности потенциалов – Вольт (В) Занятие 4 Закон Кулона Опытным путем установлено, что одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.  Рис.4.1. Сила взаимодействия между электрическими зарядами. Сила взаимодействия между двумя электрическими зарядами определяется в соответствии с законом Кулона:  Где: F – сила взаимодействия между зарядами (Н) q1 , q2 - электрический заряд (Кл) r– расстояние между зарядами k = 9∙109 Н м2 / Кл2 - коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры среды.( в данном случае – вакуум) Коэффициент k связан с другой постоянной величиной соотношением:  Где:  - электрическая постоянная.Занятие 5 Электрические конденсаторы а) Электроемкость Физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд называется электроемкостью.  Рис. 5.1. Устройство бумажного электрического конденсатора На рисунках показано устройство, состоящее из двух пластин, разделенных диэлектриком и свернутых в спираль. При подаче на пластины напряжения U, на них накапливается электрический заряд, величина которого определяется формулой  Коэффициент пропорциональности С называется электроемкостью Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:  Единицей является - Фарад. Это очень большая величина. На практике применяются дольные единицы электроемкости 1 мкФ =10-6 Ф, 1пФ = 10-12 Ф. б) Емкость плоского конденсатора. Электроемкость конденсатора вычисляют по формуле  Где: C – емкость конденсатора (Ф) ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε 0 = 8,85∙ 10-12 Ф/м – электрическая постоянная. S – площадь пластин конденсатора. (м2) d – толщина диэлектрика (м)  Рис. 5.2 Конструкция плоского конденсатора в) Энергия заряженного конденсатора Энергия заряда конденсатора определяется уравнением:  Где: W - энергия заряженного конденсатора (Дж) С – емкость плоского конденсатора (Ф) U - напряжение на пластинах конденсатора (В) q– электрический заряд на пластинах конденсатора (Кл)  Рис.5.3. Различные типы электрических конденсаторов г) Соединения конденсаторов. Параллельное соединение конденсаторов Обкладки конденсаторов соединяют попарно, т.е. в системе остается два изолированных проводника, которые и представляют собой обкладки нового конденсатора  Рис.5.4. Параллельное соединение конденсаторов Общая емкость такой цепи определяется по формуле:  Вывод: При параллельном соединении конденсаторов а) заряды складываются, б) напряжения одинаковые, в) емкости складываются. Т.о., общая емкость больше емкости любого из параллельно соединенных конденсаторов Последовательное соединение конденсаторов  Рис.5.5. Последовательное соединение конденсаторов Общая емкость такой цепи определяется по формуле:  Вывод: При последовательном соединении конденсаторов а) напряжения складываются, б) заряды одинаковы, в) складываются величины, обратные емкости. Т.о., общая емкость меньше емкости любого из последовательно соединенных конденсаторов. Занятие 6. Контрольная работа Контрольные вопросы: 1. Что такое элементарный электрический заряд и чему он равен? 2. Дайте формулировку закона Кулона. 3. Что такое напряженность электрического поля и как определить ее величину? 4. Что такое линии напряженности и каковы их свойства? 5. Что такое разность потенциалов, в каких единицах она измеряется? 6. Объясните физическую сущность электроемкости и назовите единицы измерения ее. 7. Объясните конструкцию плоского конденсатора. 8. От каких параметров зависит емкость плоского конденсатора? |