Решения партии и правительства по вопросам автоматизации.
Общие понятия об автоматике, автоматических системах, автоматизации производственных процессов. Элементы автоматики и их классификация по назначению, по принципам действия. Чувствительные элементы (измерительные преобразователи), их использование для электрических измерений неэлектрических величин, для систем автоматического контроля, регулирования, управления.
Параметрические преобразователи: резистивные (контактные, реостатные, тензометрические, терморезисторы, фоторезисторы); индуктивные (собственно индуктивные, взаимоиндуктивные, магнитоупругие); емкостные (с переменной площадью пластин, с переменной диэлектрической средой). Генераторные преобразователи: термоэлектрические, пьезоэлектрические, трансформаторные, тахогенераторы.
Исполнительные элементы: приводные электромагниты (клапанные прямо ходовые, с поперечным движением), магнитные муфты; исполнительные электродвигатели (постоянного тока, синхронные, асинхронные), шаговые электродвигатели.
Электромеханические промежуточные элементы систем автоматики: электромеханические контактные реле; шаговые распределители; контакторы; электромагнитные усилители; электромеханические элементы систем синхронной связи (контактные и бесконтактные сельсины, магнесины). Ферромагнитные промежуточные элементы систем автоматики: дроссели с подмагничиванием постоянным током; магнитные усилители (дроссельный, трансформаторный); обратная связь в магнитном усилителе; ферромагнитные бесконтактные реле; ферромагнитные стабилизаторы напряжения; ферромагнитные элементы логических и запоминающих устройств.
Тема 1.11. Основы электропривода
Понятие об электроприводе. Выбор электродвигателя по механическим характеристикам. Механические характеристики рабочих машин, соответствие их механическим характеристикам электродвигателей; классификация электродвигателей по способу сопряжения с рабочими машинами, по способу защиты от воздействия окружающей среды. Нагревание и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей (длительный с постоянной и переменной нагрузкой, кратковременный, повторно- кратковременный); общее условие выбора двигателя по мощности.
Использование метода эквивалентных величин (тока, мощности, момента) для выбора электродвигателя на длительный режим с переменной нагрузкой; выбор электродвигателя для кратковременного режима; выбор электродвигателя для повторно-кратковременного режима. Схемы управления электродвигателями: общие сведения о схемах управления; магнитные пускатели (нереверсивный, реверсивный); приемы схем управления электродвигателями с применением релейно-контакторной аппаратуры, с магнитными усилителями, с тиристорами.
Тема 1.12. Передача и распределение электрической энергии
Схемы электроснабжения потребителей электрической энергии, общая схема электроснабжения, понятие об энергосистеме и электрической системе. Простейшие схемы электроснабжения промышленных предприятий; схемы осветительных электросетей.
Элементы устройства электрических сетей: воздушные линии; кабельные линии; электропроводки; трансформаторные подстанции. Выбор проводов и кабелей: выбор сечений проводов и кабелей по допустимому нагреву; выбор сечений проводов и кабелей с учетом защитных аппаратов; выбор сечений проводов и кабелей по допустимой потере напряжения. Некоторые вопросы эксплуатации электрических установок: компенсация реактивной мощности; экономия электроэнергии; защитное заземление в электроустановках; защита от статического электричества; контроль электроизоляции.
РАЗДЕЛ 2
ОСНОВЫЭЛЕКТРОНИКИ
Тема 2.1. Электровакуумные и газоразрядные приборы
Устройство, принцип действия и применения электровакуумных ламп: двухэлектродная лампа (диод): вольтамперная характеристика, параметры, область применения; трехэлектродная лампа (триод), устройство, роль управляющей сетки, статистические характеристики и параметры, применение. Понятие о многоэлектродных электровакуумных приборах; маркировка электронных ламп. Газоразрядные приборы; с несамостоятельным дуговым разрядом; с тлеющим разрядом. Условные обозначения, маркировка.
Тема 2.2. Полупроводниковые приборы
Электрофизические свойства полупроводников; собственная и примесная электропроводимости. Электронно-дырочный переход и его свойства; вольтамперная характеристика. Устройство диодов. Выпрямительные диоды; зависимость характеристик диода от изменения температуры. Универсальные высокочастотные диоды. Кремниевые стабилитроны. Характеристики, параметры, обозначение и маркировка диодов. Использование диодов. Биполярные транзисторы; их устройство; три способа включения. Характеристики и параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Влияние различных факторов на работу транзисторов. Общие сведения о полевых транзисторах. Условные обозначения и маркировка транзисторов. Тиристоры: устройство, анализ процессов в четырехслойной полупроводниковой структуре; динисторы, тиристоры, их вольтамперные характеристики; условные обозначения, маркировка тиристоров. Области применения полупроводниковых приборов.
Тема 2.3. Фотоэлектронные приборы
Фотоэлектронные явления (фотоэлектронная эмиссия, фотопроводимость полупроводников, фотогальванический эффект). Законы фотоэффекта. Работы А.Г. Столетова. Фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом. Устройство, принцип действия, основные характеристики и параметры ламповых фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей. Фоторезисторы. Солнечные фотоэлементы и фотодиоды. Фототранзисторы. Условные обозначения фотоэлектронных приборов. области применения. Фотоэлементы в преобразовательных устройствах промышленных роботов (для обнаружения изделия и определения его размера, обнаружения препятствий и т.п.).
Тема 2.4. Электронные выпрямители и стабилизаторы
Основные сведения о выпрямителях. Структурная схема выпрямителя. Однофазные и трехфазные схемы выпрямления, принцип их работы. Схемы выпрямителей с умножением напряжения, и принцип их работы. Постоянная и переменная составляющие выпрямленного напряжения. Соотношения между переменными и выпрямленными токами и напряжениями для различных схем выпрямления. Сглаживающие фильтры. Управляемые выпрямители. Стабилизаторы напряжения и тока, их назначение, коэффициент стабилизации. Схемы электронных стабилизаторов напряжения и тока, их принцип работы.
Тема 2.5. Электронные усилители
Принцип усиления напряжения, тока, мощности. Назначение и классификация усилителей. Основные технические показатели и характеристики усилителей. Усилительный каскад. Динамические характеристики усилительного элемента; определение рабочей точки на нагрузочной прямой; построение графиков напряжений и токов в цепи нагрузки. Каскады предварительного усиления; основные варианты конечных каскадов. Варианты междукаскадных связей. Обратные связи и стабилизация режима работы усилителя. Электронные реле. Усилители постоянного тока. Импульсные усилители.
Тема 2.6. Электронные генераторы и измерительные приборы
Колебательный контур; незатухающие и затухающие колебания. Электронные генераторы синусоидальных колебаний с трансформаторной, автотрансформаторной и емкостной связями. Переходные процессы зарядки и разрядки конденсатора (без выхода), постоянная времени цепи. Генераторы пилообразного напряжения. Мультивибраторы. Триггеры. Электронный осциллограф (структурная схема, принцип действия). Электронно-лучевая трубка с устройствами отклонения и фокусировка луча. Приемы использования осциллографа в экспериментальных исследованиях различных процессов. Принцип действия электронного вольтметра; его основные узлы.
Тема 2.7. Интегральные схемы микроэлектроники
Общие сведения. Понятие о гибридных, толстопленочных, полупроводниковых интегральных микросхем я(ИС). Технология изготовления микросхем. Соединение элементов и оформление микросхем.
Тема 2.8. Микропроцессоры и микроЭВМ
Решения партии и правительства о применении микропроцессов и микроЭВМ для комплексной автоматизации управления производством, в информационно-измерительных системах, в технологическом оборудовании. Микропроцессоры и микроЭВМ, их место в структуре средств вычислительной техники.
Архитектура и функции микропроцессоров: типовая структура микропроцесса и ее составляющие; вспомогательные элементы микропроцессов; устройство управления; стековая память; микропроцессы с «жестким» управлением и микро программируемые микропроцессы; система условных обозначений микропроцесса. Полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ): классификация ЗУ, основные качественные показатели; большие интегральные схемы БИС ЗУ, их структура и принцип работы; организация ЗУ большой емкости; программаторы; программируемые логические матрицы (ПЛМ); промышленные типы ЗУ.
Интерфейс в микропроцессорах и микроЭВМ: обмен информацией в микроЭВМ между микропроцессором, ЗУ и устройствами ввода и вывода; определение интерфейса и его функции; программная и аппаратная организация интерфейса; связь микропроцессора с памятью, с устройствами ввода и вывода и способы ее организации; сопряжение компонентов микроЭВМ; аппаратные средства (компоненты) интерфейса на интегральных схемах и БИС.
Организация микроЭВМ на основе микропроцессоров; структура микроЭВМ на микропроцессоре с «жестким» управлением (К580); структура микроЭВМ на микропроцессоре с программированным управлением (К580, К584). Периферийное оборудование микроЭВМ, устройство ввода и вывода, системы отображения информации; специализированные периферийные устройства. Серийно выпускаемые микропроцессорные комплекты (МПК), микроЭВМ, программное обеспечение, стандартизация в области МПК; примеры применения микропроцессорных систем.
ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ
| № задачи | ТЗ № 1 | ТЗ № 2 | ТЗ № 1 | ТЗ № 2 | ||||||
ТЗ № 1 – типовая задача № 1
ТЗ № 2 - типовая задача № 2
Задача № 1
В цепи э.д.с. аккумуляторной батареи Е=37,5 В, ее внутренне сопротивление r=0,6 Ом. Потребители энергии реализуются резисторами с сопротивлениями: R1=2,4 Ом, R2=4,8 Ом и R3=7,2 ОМ.
Вычислить ток в цепи, напряжения на выводах аккумуляторной батареи и резисторов, а также мощность источника энергии его к.п.д. и мощности всех потребителей.
Задача № 2
В электрической цепи определить Rx, если Е=2В, R1=1,6 Ом, а ток в цепи I=3А. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Задача № 3
Одна из n электрических лампочек перегорела, и все лампочки погасли. Лампы имеют баллоны из матового стекла, сквозь которые нити лампочек не видны. Как обнаружить перегоревшую лампочку при помощи вольтметра?
Задача № 4
Определить напряжение Uбв на выводах сопротивления Rx и сопротивление Rx, если Е=50,4 В; Uаб=24 В и Ro=2 Ом, а ток в цепи I=1,2 А.
Задача № 5
В цепи Е=100 В; R1=2,1 Ом; R2=7,78 Ом; R3=0,3 Ом; R4=0,2 Ом. Вычислить токи, напряжения и мощность для всех участков цепи, а также мощность источника. Составить баланс мощностей.
Задача № 6
Определить общее сопротивление цепи, если R1=2,5 Ом; R2=R5=40 Ом; R3=20 Ом; R4=13,5 Ом.
Задача № 7
Определить общее сопротивление цепи, если R1=R4=60 Ом; R2=R5=40 Ом; R3=10 Ом; R6=80 Ом.
Задача № 8
В цепи, схема которой приведена на рис. 2-24, амперметр показывает ток 0,5мА. Определить напряжение на выводах источника, если R1=600 Ом; R2=6 кОм; R3=2кОм; R4=1 кОм; R5=4 кОм.
Задача № 9
Для цепи 3-4 дано: Е1=60 В; Е2=48 В; Е3=6 В; R1=200 Ом; R2=100 Ом; R3=10Ом. Требуется определить токи во всех ветвях.
Задача № 10
Методом уравнения Кирхгофа определить токи во всех ветвях цепи при следующих данных: Е1=Е2=110 В; R1=0,98 Ом; R2= R4=0,5 Ом; R3=4,35 Ом.
Задача № 11
Прямолинейный провод длиной I=0,5 м движется со скоростью V=12 м/с в однородном магнитном поле с индукцией В=0,8 Т. Угол между направлениями векторов V и В составляет 45 градусов, а между направлениями провода и магнитных линий 90 градусов. Вычислить э.д.с., развиваемую в проводе.
Задача № 12
Концы провода, рассмотренного в предыдущей задаче, присоединили к резистору с сопротивлением r=1,7 Ом, причем провод перемещается с прежней скоростью и в прежнем направлении. Вычислить ток в проводе, а также механическую мощность, которую нужно развить, чтобы преодолеть возникшую электромагнитную силу. Сопротивлением движущегося провода пренебречь.
Задача № 13
На расстоянии 20 мм от точечного заряда, находящегося в вакууме, напряженность поля равна 300 кВ/м. Определить заряд.
Задача № 14
Два точечных положительных заряда Q1 и Q2 находятся в воздухе на расстоянии 10 мм друг от друга. Сила их взаимодействия F=0,72 х 10-3 Н.
Задача № 15
К конденсатору емкостью 0,1 мкФ присоединен последовательно другой конденсатор. Общая емкость соединения 0,06 мкФ. Вычислить емкость второго конденсатора.
Задача № 16
Вычислить общую емкость соединения конденсаторов, если С1=С2=С3=С4=1мкФ.
Типовая контрольная задача.
Задача № 1
Составить уравнение по второму закону Кирхгофа для одного из контуров, указанных в вариантах заданий в таблице 3-3 и 3-4 соответственно для цепи рис. 3-18 или 3-19. Принять направление обхода контура по часовой стрелке.
Таблица 3-3 Таблица 3-4
| Вариант № | Контур цепи (рис. 3-18) | Вариант № | Контур цепи (рис. 3-19) | |
| А Б О Ж К Л А Б В Г Д Ж О Б А Б В Г О Л А Л О Г Д Ж К Л А Б О Г Д Ж К Л А В Б О Л К Ж Д Г В Ж К Л А Б В Г О Ж А Б В Г Д Ж О Л А А Б В Г Д Ж К Л А | А Б О Г А Г О Б В Г А О В Г А А Б В О А А О Б В Г А А О Г В Б А Г А Б О В Г А Б В О Г А Б А Б В Г А |
Задача № 2
Для цепи известны ток I=0,1 А и все сопротивления: R1=ωL1=60 Ом; R2=1/ ωС1=80 Ом; R3=1/ ωС2=100 Ом; Rк= ωLк=60 Ом и 1/ ωС3=140 Ом. Ток синусоидальной чистоты f=50 Гц. Определить для участка цепи, указанного для каждого варианта задания в табл. 10.1, полное сопротивление z, напряжение U, сдвиг φ (между напряжением U в токе I), а также записать уравнение мгновенных значений найденного напряжения, используя заданную начальную фазу тока φi.
Таблица 10.1
| Вариант № | |||||||||||||||
| Участок цепи | АВ | БГ | ВД | ГЕ | ДЖ | ЕК | ЖК | ЖИ | АГ | ВЕ | ГЖ | ЕИ | АВ | ВГ | ГЕ |
| Начальная фаза тока φi (в градусах) | -17 | -15 | -17 | -10 | -20 | -17 |
Контур 3-18 Контур 3-19
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Попов В.С., Николаев С.А., «Общая электротехника с основами электроники». М., 1976;
2. Данилов И.А., Иванов П.М., «Общая электротехника с основами электроники». М., 1983;
3. Газрилюк В.А., Гершукский Б.С. и др., «Общая электротехника с основами электроники». Киев, 1980;
4. Харченко В.М., «Основы электроники». М., 1982;
5. Рабинович Э.А., «Сборник задач по общей электротехнике». М., 1981.
Дополнительная:
1. Чекалин Н.А., «Руководство к проведению лабораторных работ по общей электротехнике». М., 1980;
2. Масленников В.В., «Руководство к проведению лабораторных работ по основам электротехники». М., 1980;
3. Стрыгин В.В., «Основы автоматики и вычислительной техники». М., 1981;
4. Щеголева Л.И., Давыдов А.Ф., «Основы вычислительной техники и программирования». М., 1981.