Тема 1. Введение
Определение предмета. Электрическая энергия, её особенности и области применения. Роль электротехники, электроники, микропроцессорной техники в современных технологиях. Развитие комплексной автоматизации и систем управления производственных процессов. Значение электротехнической подготовки для инженеров – технологов, конструкторов. Связь со специальностью. Содержание и структура дисциплины.
Тема 2. Линейные электрические цепи постоянного тока
Области применения электротехнических устройств постоянного тока. Структура электрической цепи. Графические обозначения электротехнических устройств постоянного тока. Схемы замещения электротехнических устройств. Линейные неразветвленные и разветвленные электрические цепи с одним источником э.д.с. Энергетический баланс в электрических цепях. Понятия о потенциальных диаграммах. Анализ электрического состояния неразветвленных и разветвленных линейных электрических цепей с несколькими источниками ЭДС путем непосредственного применения законов Кирхгофа. Методы расчета сложных электрических цепей: метод контурных токов, метод двух узлов, метод наложения, метод эквивалентного генератора.
Свойства и области применения мостовых схем. Электроизоляционные материалы. Параметры. Классификация области применения.
Расчет сечения проводов, выбор типа и марки провода.
Тема 3. Однофазные электрические цепи синусоидального тока
Определение, преимущества, недостатки синусоидального тока. Основные параметры, характеризующие синусоидальный ток, напряжение, э.д.с., изображение синусоидальных величин. Идеальные элементы цепи переменного тока. Условные графические обозначения, применяемые на схемах замещения для изображения идеальных элементов. Законы Ома и Кирхгофа для цепей синусоидального тока. Электрические цепи с R, C, L - элементами. Реальная катушка в цепи синусоидального тока.
Уравнение электрического состояния для неразветвленной цепи. Активное, реактивное и полное сопротивление двухполюсника. Треугольники напряжений, сопротивлений. Векторные диаграммы, фазовые соотношения между токами и напряжениями. Колебания энергии и мгновенная мощность элементов цепи. Активная, реактивная, полная мощности. Треугольник мощностей. Резонанс напряжений, условия его возникновения и практическое значение.
Цепи с параллельным соединением ветвей. Уравнения электрического состояния цепи. Векторные диаграммы. Активная, реактивная и полная мощности проводимости. Треугольники токов, проводимостей, мощностей. Коэффициент мощности и его значение. Резонанс токов, условия его возникновения. Компенсация реактивной мощности для повышения коэффициента мощности. Применение комплексной плоскости и комплексных чисел, преобразование Эйлера для расчета цепей синусоидального тока.
Тема 4. Трехфазные электрические цепи
Понятие и основные элементы многофазной цепи. Трехфазная цепь. Трехфазный генератор. Трехпроводная и четырехпроводная цепи. Фазное и линейное напряжение. Классификация и способы включения нагрузки в трехфазную цепь. Симметричные режимы трехфазной цепи. Соединение элементов трехфазной цепи звездой и треугольником. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при симметричных нагрузках.
Соотношения мощностей при соединении нагрузки по схемам треугольник и звезда при одинаковых линейных напряжениях. Соотношения линейных напряжений при одинаковых потребляемых мощностях при соединении нагрузки по схемам звезда и треугольник. Несимметричные режимы в трехпроводной и четырехпроводной цепях. Назначение нейтрального провода. Примеры несимметричных режимов в трехфазных цепях.
Мощность трехфазной цепи. Коэффициент мощности симметричных трехфазных приёмников и способы его повышения. Вращающееся магнитное поле, образуемое трехфазным током.
Тема 5. Переходные процессы в электрических цепях
Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях и их значение. Зарядка и разрядка конденсатора через резистор. Подключение индуктивной катушки к источнику постоянного напряжения. Математические модели. Решение дифференциальных уравнений электрического состояния цепи, определение начальных условий. Законы коммутации и их использование.
Понятие о характере протекания переходных процессов в цепи, содержащей индуктивную катушку и резистор, включаемых на зажимы источника синусоидального напряжения. Практическое использование переходных процессов.
Тема 6. Нелинейные элементы в электрических цепях
Основное понятие. Примеры нелинейных элементов. Управляемые нелинейные элементы. Аналитический и графический метод расчета цепей постоянного тока состоящих из последовательно и параллельно соединенных нелинейных элементов. Стабилизация тока в последовательной цепи. Стабилизация напряжения.
Нелинейные цепи переменного тока. Выпрямители и преобразователи синусоидального напряжения. Параметрический стабилизатор напряжения Нелинейные цепи при одновременном воздействии источников постоянного и переменного напряжений.
Тема 7. Электроника и микропроцессорная техника
Электроника, её роль в науке, технике. Классификация элементной базы современной электроники. Аналоговые электронные устройства. Усилители Коэффициент усиления, амплитудно-частотные характеристики. Понятия об автогенераторах. Области применения автогенераторов синусоидального напряжения и генераторов линейно изменяющихся напряжений. Компараторы, модуляторы, преобразователи их назначение, конструкция, характеристики, параметры и режимы работы. Понятие об автоматическом регулировании. Дискретные элементы и интегральные микросхемы.
Цифровые элементы электронных устройств. Цифровое представление аналогового сигнала. Логические элементы, мультивибраторы, триггеры, коммутаторы, мультиплексоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, их назначение, конструкция и принцип действия. Понятие о больших интегральных микросхемах (БИС) и микропроцессорах. Архитектура современной ЭВМ. Электронные выпрямители, процессоры питания современных электронных устройств, их назначение, принцип действия, характеристики и параметры. Понятие о фильтрации. Полосовые, режекторные и сглаживающие фильтры.
Тема 8. Магнитные цепи и электромагнитные устройства
Электромагнитные устройства и их применение, ферромагнитные материалы и их характеристики.
Магнитные цепи постоянных магнитных потоков. Применение законов полного тока для анализа магнитных цепей. Магнитные цепи с воздушным зазором в магнитопроводе. Схемы замещения магнитных цепей. Аналогия методов анализа электрических и магнитных цепей.
Магнитные цепи переменных потоков. Особенности электромагнитных процессов в катушке с магнитопроводом. Магнитные потери. Уравнение электрического состояния, вольт-амперная характеристика, векторная диаграмма, схема замещения катушки.
Электромагнитные устройства: электромагниты, контакторы, реле и т.п. Их конструкции, принцип действия, характеристики, область применения.
Тема 9. Трансформаторы
Назначение и области применения трансформаторов. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора. Уравнения электрического и магнитного состояния трансформатора. Потери энергии в трансформаторе. Мощность трансформатора. Внешние характеристики. Коэффициент трансформации. Паспортные данные трансформаторов. Устройство, принцип действия и области применения автотрансформаторов.
Устройство, принцип действия и области применения трехфазных трансформаторов. Понятие об основных группах соединений. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Условные графические обозначения, применяемые для изображения трансформаторов на электрических схемах.
Тема 10. Электрические машины
Классификация электрических машин. Области применения электрических машин.
Машины постоянного тока. Устройство и принцип действия, режимы генератора и двигателя. Формулы расчета э.д.с. обмотки якоря и электромагнитного момента. Уравнения электрического состояния. Понятие о генераторах постоянного тока. Классификация, схемы, характеристики, области применения.
Двигатели постоянного тока. Способы возбуждения. Особенности пуска. Свойство саморегулирования. Механические и рабочие характеристики. Паспортные данные двигателей постоянного тока. Области применения.
Асинхронные машины. Устройство и принцип действия асинхронного трехфазного двигателя. Уравнения электрического состояния цепей обмоток статора и ротора. Магнитное поле машины. Скольжение. Электромагнитный момент. Механические и рабочие характеристики. Энергетические диаграммы. Паспортные данные. Подключение трехфазного асинхронного двигателя. Реверсирование.
Пуск асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором и ротором с контактными кольцами. Регулирование частоты вращения.
Понятие о работе асинхронной машины в режимах генератора и электромагнитного тормоза.
Понятие о линейных двигателях. Принцип действия и применение однофазных и двухфазных асинхронных машин.
Синхронные машины. Устройство трехфазной синхронной машины. Принцип действия генератора и двигателя. Уравнение электрического состояния обмотки статора. Формула электромагнитного момента и угловые характеристики. Автономная работа синхронного генератора. Работа синхронной машины в режиме двигателя. Особенности пуска и способы пуска синхронного двигателя. Регулирование коэффициента мощности. Работа синхронной машины в режиме синхронного компенсатора. Устройство, принцип действия и применение синхронных двигателей малой мощности.
Тема 11. Основы электрооборудования
Состав и особенности электрооборудования. Электроприводы. Классификация электропривода по типу исполнительного двигателя. Задачи выбора двигателя. Нагревание и охлаждение двигателей. Номинальные режимы работы двигателей. Расчет мощности. Методы средних потерь и эквивалентных величин.
Принципы автоматизации пуска двигателей. Понятие об электронных, регулируемых, следящих, цифровых электроприводах. Микропроцессорные системы управления электроприводом. Аппаратура управления. Аппаратура ручного управления. Контактные путевые выключатели. Бесконтактные выключатели.
Электромеханические релейно-контакторные системы управления. Особенности работы. Принцип действия и классификация электромагнитных реле. Бесконтактное управляющие системы и их элементная база. Устройство защиты, блокировки, сигнализации. Предохранители, токовые и тепловые реле, автоматические выключатели.
Тема 12. Электрические измерения и приборы
Обзор и принципы электрических методов измерения физических величин. Датчики, преобразователи, устройства обработки, системы и индикаторы. Прямые и косвенные измерения. Прямые измерения и методы сравнения.
Метрологические характеристики средств измерений: точность, чувствительность, быстродействие, надежность, потребляемая энергия. Виды погрешностей: систематическая, случайная. Инструментальная погрешность и погрешность метода. Абсолютная, относительная, приведенная погрешности, классы точности.
Аналоговые измерительные приборы с электромеханическими преобразователями. Устройство, принцип, действия, области применения. Измерение неэлектрических величин электрическими методами. Использование мостов постоянного и переменного тока для измерения электрических и неэлектрических величин.
Цифровые измерительные приборы. Принципы аналого-цифрового измерения напряжений, токов, сопротивлений, мощности и энергии.
Понятие об автоматических измерительных системах управления технологическими процессами.
Тема 13. Основы электробезопасности
Устройство защитного отключения (УЗО). Средства защиты, применяемые в электроустановках. Организация безопасной эксплуатации электроустановок.