Методика обучения электротехнике, радиотехнике и автоматике

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Бирская государственная социально-педагогическая академия»

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

КАФЕДРА ТЕОРИИ И МЕТОДИКИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕФЕРАТ:

МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ РАДИОТЕХНИКЕ И АВТОМАТИКЕ

Выполнил: студент 5 курса

группы факультета ТиП

Ахмадуллин А.

Проверила: Соловьянюк В.Г.

БИРСК 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цели и задачи изучения электротехнических дисциплин 3

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины 4

3. Объем дисциплины и виды учебной работы 6

4. Содержание дисциплины 6

5. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины 7

6. Пример лабораторной работы по электротехнике 9

Литература 16

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

Целью изучения электротехнических дисциплин является теоретическая и практическая подготовка бакалавров и инженеров неэлектротехнических специальностей в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбирать необходимые электротехнические, электронные, электроизмерительные устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять совместно с инженерами-электриками технические задания на разработку электрических частей автоматизированных установок для управления производственными процессами.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

  формирование у студентов минимально необходимых знаний основных электротехнических законов и методов анализа электрических, магнитных и электронных цепей;

  принципов действия, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных электротехнических, электронных устройств и электроизмерительных приборов;

  основ электробезопасности; умения экспериментальным способом и на основе паспортных и каталожных данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств; использовать современные вычислительные средства для анализа состояния и управления электротехническими элементами, устройствами и системами.

В зависимости от количества часов, отводимых на изучение дисциплины программа предусматривает три уровня:

Первый уровень 70 ÷ 120 часов

Второй уровень 120 ÷ 180 часов

Третий уровень 180 ÷ 330 часов

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студент, освоивший программу первого уровня должен знать:

  Основные законы электротехники.

  Основные типы электрических машин и трансформаторов и особенности их применения.

  Основные типы и области применения электронных приборов и устройств.

уметь: правильно выбирать для своих применений необходимые электрические и электронные приборы, машины и аппараты.

понимать: принципы работы современных электротехнических и электронных устройств и микропроцессорных систем.

По программе второго уровня студент должен знать:

  основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей,

  методы измерения электрических и магнитных величин, принципы работы основных электрических машин и аппаратов их рабочие и пусковые характеристики.

  параметры современных полупроводниковых устройств: усилителей, генераторов, вторичных источников питания, цифровых преобразователей.

уметь:

  читать электрические и электронные схемы, грамотно применять в своей работе электротехнические и электронные устройства и приборы, первичные преобразователи и исполнительные механизмы.

  определять простейшие неисправности, составлять спецификации.

понимать:

  специфику работы современных микропроцессорных управляющих систем.

По программе третьего уровня должен знать:

  основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей,

  методы измерения электрических и магнитных величин,

  принципы работы основных электрических машин и аппаратов их рабочие и пусковые характеристики.

  параметры современных полупроводниковых устройств: усилителей, генераторов, вторичных источников питания, цифровых преобразователей, микропроцессорных управляющих и измерительных комплексов

уметь:

  составлять простые электрические и электронные схемы,

  грамотно применять в своей работе электротехнические и электронные устройства и приборы, первичные преобразователи управляющие микропроцессоры и микроконтроллеры,

  выбирать эффективные исполнительные механизмы.

  определять простейшие неисправности, составлять спецификации.

понимать:

  работу современных микропроцессорных систем управления и сбора информации.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы

Всего часов

I уровень

II уровень

III уровень

Общая трудоемкость дисциплины

70 –120

120 – 180

180 –330

Аудиторные занятия

35 – 60

60 – 90

90 – 165

Лекции

20 – 30

30 – 45

45 – 85

Практические занятия (ПЗ)

0 – 15

15 – 20

15 – 35

Семинары (С)

Нет

Нет

Нет

Лабораторные работы (ЛР)

15 – 15

15 –25

30 – 45

Самостоятельная работа (СР)

35 – 60

60 – 90

90 – 165

Курсовой проект (работа)

Нет

Нет

20% СР

Расчетно-графические работы

30% СР

30% СР

30% СР

Реферат

Нет

Нет

На усмотрение кафедр

Вид итогового контроля

(зачет, экзамен)

Экзамен

Зачет, экзамен.

Зачет, экзамен.

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№№ п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ

ЛР

I

Электрические и магнитные цепи

*

*

*

II

Электромагнитные устройства и электрические машины

*

*

*

III

Основы электроники и электрические измерения

*

*

*

4.2. Содержание разделов дисциплины

Введение

Электрическая энергия, особенности ее производства, распределения и области применения. Роль электротехники и электроники в развитии автоматизации производственных процессов и систем управления. Значение электротехнической подготовки для бакалавров и инженеров неэлектротехнических направлений. Связь со специальными дисциплинами.

Содержание и структура дисциплины. Методика организации процесса обучения.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Моделирование и исследование электрических цепей и устройств с установкой параметров реальных устройств, используемых в лабораторном практикуме, а также с установкой параметров, приводящих к аварийным режимам, недопустимым в реальном эксперименте. Рекомендуется проводить в компьютерном классе.

Практические занятия рекомендуется проводить в компьютерном классе (на 12 ...15 рабочих мест) с выдачей индивидуальных заданий после изучения решения типовой задачи. Настоятельно рекомендуется на практических занятиях осуществлять деление группы на подгруппы не более 15 человек, так чтобы за компьютером работал только один студент. Работа бригадой в два человека допускается лишь временно и в качестве исключения. Для проведения занятий рекомендуется использовать как программные продукты, так и сертифицированные учебно-программные продукты, разработанные преподавателями и студентами вузов. Допускается с разрешения заведующего кафедрой использование несертифицированных программ в качестве опробования с дальнейшим представлением их для сертификации.

Моделирование электрических цепей и устройств, а также проверку промежуточных результатов расчета заданий курсовых работ и расчетно-графических заданий рекомендуется проводить с использованием программ, выдаваемых студентам на дом.

Проведение контроля подготовленности студентов к выполнению лабораторных и практических занятий, рубежного и промежуточного контроля уровня усвоения знаний по разделам дисциплины, а также предварительного итогового контроля уровня усвоения знаний за семестр рекомендуется проводить в компьютерном классе с использованием сертифицированных тестов и автоматизированной обработки результатов тестирования

В примерных учебных планах указанных направлений предусмотрен объем часов на изучение дисциплины в неделю (включая часы, отводимые на самостоятельную работу студентов), а также число часов аудиторных занятий в неделю, распределение которых по видам занятий осуществляется высшими учебными заведениями. Научно-методический совет по электротехнике рекомендует проводить помимо лекционных аудиторных занятий по указанной дисциплине лабораторно-практические занятия с широким использованием ЭВМ или, если это невозможно из-за загруженности лабораторий, - раздельно практические занятия и лабораторные работы, сочетая на этих занятиях проведение расчетов и анализ электрических, магнитных и электронных цепей и схем замещения с экспериментальными исследованиями соответствующих электротехнических и электронных устройств.

Вуз в рабочей программе может изменить соотношение часов аудиторных занятий и самостоятельной работы в соответствии с конкретным учебным планом направления подготовки (специальности).

Выбор соотношения между часами, отводимыми на чтение лекций и проведение лабораторно-практических занятий, осуществляется кафедрами, обеспечивающими преподавание этой дисциплины.

Преподавание электроники должно опираться на современную элементную базу, аналоговые и цифровые устройства, интегральные микросхемы и микропроцессорную технику.

Кафедры разрабатывают планы проведения лабораторно-практических занятий с указанием содержания задач и примеров, методик лабораторных экспериментов на основе содержания лекционных занятий, типовой тематики лабораторно-практических занятий, расчетно-графических заданий и/или курсовых работ.

6. ПРИМЕР ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Лабораторная работа

«Исследование структурной схемы автоматического контроля, управления и регулирования»

I. Цель работы:

    Классификация электроизмерительных приборов.

    Условные обозначения в схемах управления.

II. Общие положения.

    Сущность и значение электрических измерений.

    Системы приборов.

    Расшифровка условных обозначений.

    Структурная схема автоматического контроля, управления и регулирования.

III. 1. Сущность и значение электрических измерений.

Часть I

1. Для измерения электрических величин и магнитных величин служат электроизмерительные приборы:

    амперметры;

    вольтметры;

    гальванометры;

    омметры;

    ваттметры;

    мосты постоянного тока;

    осциллографы

и другие, а также их комбинации.

Процесс измерения состоит в сравнении измерений физической величины с ее значением, принятым за единицу.

Измерительные приборы обладают высокой точностью в работе, возможностью автоматизации процесса измерений и передачи показаний на большие расстояния, простотой ввода результатов измерений в электрические вычислительные устройства.

2. Системы приборов.

В зависимости от принципа действия наиболее употребительные системы приборов:

    магнитоэлектрическая;

    электромагнитная;

    термоэлектрическая;

    индукционная;

    тепловая;

    электронная (цифровая).

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делятся на:

    вольтметры (для измерения напряжения и ЭДС);

    амперметры (для измерения тока);

    ваттметры (для измерения мощности);

    частотомеры (для измерения частоты переменного тока);

    фазометры (для измерения угла сдвига фаз);

    омметры, мегаомметры (для измерения электрического сопротивления).

По роду электрического тока различают приборы:

    постоянного тока;

    переменного тока;

    комбинированные.

По способу установки различают приборы:

    щитовые (для монтажа на приборных щитах);

    переносные.

На шкалу электроизмерительных приборов наносится ряд условных обозначений.

3. Расшифровка условных обозначений приведена в таблице 1.

Таблица 1

Обозначение

Расшифровка

1,5

Класс точности 1,5

—

Постоянный ток

~

Переменный (однофазный) ток

~

Постоянный и переменный токи



Трехфазный ток



Прибор магнитоэлектрической системы





Прибор электромагнитной системы




Прибор электродинамической системы


Прибор индукционной системы

600


, ,

Прибор устанавливается горизонтально, вертикально, под углом 600


Изоляция прибора испытана при напряжении 3 кВ

На схемах и лицевой панели прибора род измеряемой величины указывается с помощью условных обозначений, некоторые из которых приведены в таблице 2.

Наименование прибора

Условное обозначение

Амперметр

А

Вольтметр

В

Ваттметр

W

Варметр

var

Омметр

Ω

Гальванометр

Г

Счетчик ватт-часов

Wh

Условное обозначение в схемах электронных (цифровых) приборов - ООО .

Часть II

Условные обозначения измеряемых величин выполняются следующими заглавными буквами:

Т – температура;

Р – давление (разряжение);

F – расход;

О – плотность;

L – уровень;

М – влажность;

Q – качество.

Функции, выполняемые приборами автоматически, обозначаются следующими заглавными буквами латинского алфавита:

А – сигнализация;

С – регулирование (управление);

I – показания;

R – регистрация;

S – включение, отключение, переключение.

Пределы измеряемых величин обозначаются заглавными буквами латинского алфавита:

Н – верхний предел измеряемой величины;

L – нижний предел измеряемой величины.

Функциональные признаки приборов автоматического контроля, управления и регулирования обозначаются следующими заглавными буквами латинского алфавита:

Е – первичные преобразователи (термопары, термометры сопротивления, сужающие устройства, датчики индуктивности, расходомеры и т.д.);

Т – приборы с дистанционной передачей показания (например: манометрические термометры, бесшкальные приборы);

К – приборы со станциями управления (например: переключатель автомат – ручное);

Y – преобразователь сигналов и вычислительных устройств.

В схемах автоматического контроля, управления и регулирования используются сочетания приведенных выше обозначений, например:

ТЕ – термопара;

РТ – бесшкальный манометр с дистанционной передачей показания.

4. Структурная схема автоматического контроля, управления и регулирования.

Для измерения неэлектрических величин (тепловых, механических, магнитных, световых и других) в настоящее время применяются методы и средства измерения электрических величин. Для измерения любой неэлектрической величины методами и средствами измерений электрических величин необходимо иметь:

    преобразователь, преобразующий электрическую величину в другую электрическую величину с необходимыми параметрами;

    вторичный преобразователь, преобразующий электрическую величину в другую электрическую величину с необходимыми параметрами;

    электроизмерительный прибор, воспринимающий электрическую величину вторичного преобразователя, причем электроизмерительный прибор градуируется в единицах измерения измеряемой величины.

В качестве первичных преобразователей (датчиков) используются: парометрические и генераторные датчики.

Парометрические датчики преобразуют неэлектрические величины в электрические параметры R, L, C.

Генераторные датчики преобразуют неэлектрические величины в ЭДС (термопары).

Упрощенная схема автоматического контроля, управления и регулирования температуры приведена на рисунке.

сеть



нагреватель

Т>зад>


ЭП

Y(t)

TY

y(t)

TE

T>пер>



TIC


ТЕ – датчик температуры (термопара) первичный преобразователь;

TIC – устройство управления и регулирования температуры;

TY – вторичный преобразователь;

ЭП – электроизмерительный прибор (регулятор); электроизмерительный прибор задает значение температуры нагревания.

Термопары при нагреве формируют ЭДС, пропорционально температуре.

ЭДС – поступает на вторичный преобразователь, где формируется соответствующий электрический сигнал. Этот сигнал поступает на измерительный прибор для регистрации и сравнения с сигналом заданной температуры. При совпадении сигналов размыкается реле (находящееся в приборе) и тем самым прекращается нагрев нагревателя. При понижении температуры нагревателя ниже заданной реле прибора ЭП замыкается и тем самым процесс нагрева повторяется.

ЛИТЕРАТУРА

    Данилов И.А., Иванов П.М. «Общая электротехника с основами электроники». Издательство - Высшая школа», 2000 г.

    Общая электротехника / Под ред. А. Т. Блажкина.- Л, 2003.

    Общая электротехника. / Под ред. В.С. Пантюшкина. М.: Высшая школа, 2005.

    Зайчик И. Ю. «Практикум по электрорадиоизмерениям». Издательство «Высшая школа», 1979 г.

    Ресурсы интернета: http://www.ito.edu.ru