电工与电子技术课程教学大纲.docx

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电工与电子技术课程教学大纲

《电工与电子技术

（一）》课程教学大纲

课程名称：

《电工与电子技术》

课程代码：

MEAU3009

英文名称：

Electrical&ElectronicTechnologyI

课程性质：

专业必修课程

学分/学时：

学分/45学时

开课学期：

第4学期

适用专业：

机械专业

先修课程：

高等数学大学物理

后续课程：

无

开课单位：

机电工程学院

课程负责人：

潘明强、黄海波、刘吉柱

大纲执笔人：

潘明强

大纲审核人：

一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）

课程性质：

电工与电子技术

（一）是是高等学校本科非电专业的一门专业必修课程。

本课程针对机械工程及自动化专业的特点，通过本课程的学习，获得电工技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工技术应用和我国电工事业发展的概况。

能独立地应用这些基本概念、基本理论和基本方法来分析和计算从工程实际中简化出来的各种直流电路、交流电路、变压器、电机、模拟和数字电子技术等练习题，并具有一定的解决工程实际问题的能力，为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作奠定必要的基础。

课教学目标：

电工与电子技术

（一）是电气设计的基础学科。

本课程主要内容包括：

电路的基本概念和定律、电路的分析方法、电路的暂态分析、正弦交流电路、三相电路、交流电动机及继电器控制系统。

了解电工技术的应用和发展概况，为学习后续课程以及从事与本专业有关的电工电子技术工作打下一定的基础。

通过对该课程的学习，要求学生基本掌握电路、电机、交流电路、测量技术、控制技术的基本理论和基本分析方法；能够独立完成后续电工电子学实验；了解和使用实际生活中常见的电工、电子设备；掌握电工电子技术的基本应用。

本课程的具体教学目标如下：

1.掌握电路基本概念，理解电路模型、电压和电流参考方向、欧姆定律、电源的三种工作状态、基尔霍夫定律。

2.掌握电路的分析方法、电阻串并联等效变换、支路电流法、节点电压法，理解戴维南原理。

3.理解电路的暂态分析方法、储能元件和换路定则；掌握RC电路的三种响应，熟悉微分电流与积分电流。

4.掌握正弦交流电的向量表示方法、单一参数的交流电路及多参数的交流电路并能进行计算，了解阻抗的串并联及功率因数提高方法。

5.理解三相电路及三角形负载和星型负载，并能进行计算。

6.了解交流电动就得基本原理，掌握异步机的启动方法及调速方法。

7.了解继电器看国内在系统，掌握各种继电器、会分析和设计电动机的启动控制线路及正反转控制线路。

教学目标与毕业要求的对应关系：

毕业要求

指标点

课程目标

对应关系说明

毕业要求1：

工程知识

1-1能将掌握的数理知识，用于专业问题的理解、建模、分析与求解

教学目标1

运用数学知识，电路工作原理，对各种电路进行数学建模并求解

毕业要求1：

工程知识

1-2能将掌握的制图、电工电子学、力学、机械原理、材料科学等专业基础知识，用于解决机械加工、制造等工程实际问题

教学目标2

掌握电路系统动、静态性能分析方法，提出改善电路性能的设计依据和改善途径

毕业要求2：

问题分析

2-3能运用所学专业知识与理论，分析复杂工程问题的影响因素、关键环节，并证实解决方案的合理性

教学目标3

了解电路系统的实际构成并直接体会电路各种参数对信号输入输出性能的影响

毕业要求4：

研究

4-3能正确采集、整理实验数据，对实验结果进行关联、分析和解释，获取合理有效的结论

教学目标4

能对搭建好的实验电路用测量和采集设备能正确采集实验数据，并对实验数据进行分析，并能和理论计算进行对比

毕业要求10：

沟通

10-1能够对机械工程问题的关键技术和难点进行口头或书面表达，跟公众和同行有效沟通并能够合理决策

教学目标5

熟练的掌握基础知识并能对技术点公开或现场进行讲解和解释。

二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。

重点内容：

★；难点内容：

∆）

1、电路的基本概念与基本定律（3学时）（支撑教学目标1）

电路的作用与组成部分

电路模型

电压和电流的参考方向

欧姆定律

电源有载工作、开路与短路

基尔霍夫定律

电路中电位的概念及计算

Ø目标及要求:

1）理解电压与电流参考方向的意义；★

2）理解电路的基本定律并能正确应用；★

3）了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；

4）会计算电路中各点的电位。

Ø讨论内容

电压和电流的参考方向、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律

Ø作业内容：

电路的基本物理量及其参考方向，欧姆定律，电源的有载工作状态、开路和短路，基尔霍夫定律，电路中电位的概念及计算。

2、电路的分析方法（3学时）

电阻串并联连接的等效变换★

电阻星型联结与三角型联结的等效变换★

电源的两种模型及其等效变换

支路电流法

结点电压法

叠加原理

戴维宁定理与诺顿定理★

受控源电路的分析

非线性电阻电路的分析

Ø目标及要求:

1）掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。

2）了解实际电源的两种模型及其等效变换。

3）了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻、动态电阻的概念，以及简单非线性电阻电路的图解分析法。

Ø讨论内容

1）理解星型和三角形联结的等效变换；

2）支路电流方法和节点电压法；

3）掌握戴维南原理和诺顿定理。

Ø作业内容

电压源和电流源及其等效变换，支路电流法，节点电压法；叠加原理，戴维南定理。

3、电路的暂态分析（3学时）

电阻元件、电感元件、电容元件

储能元件和换路定则

RC电路的响应

一阶线性电路暂态分析的三要素法★

微分电路和积分电路

RL电路的响应

Ø目标及要求:

1）了解电阻元件、电感元件与电容元件的特征;

2）理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义；

3）掌握换路定则及初始值的求法；

4）掌握一阶线性电路分析的三要素法。

Ø讨论内容

1）RC\RL暂态的三种响应；

2）微分电流和积分电路。

Ø作业内容

换路定则与电压电流初始值的计算，一阶线性电路暂态分析的三要素法。

4、正弦交流电路（9学时）

正弦电压与电流

正弦量的相量表示法★

单一参数的交流电路

电阻、电感与电容元件串联交流电路

阻抗的串联与并联

复杂正弦交流电路的分析与计算★

交流电路的频率特性

功率因数的提高

非正弦周期交压和电流

Ø目标及要求

1）理解正弦量的特征及其各种表示方法；

2）理解电路基本定律的相量形式及阻抗；熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法，会画相量图；

3）掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时功率、无功功率和视在功率的概念；

4）了解正弦交流电路的频率特性，串、并联谐振的条件及特征；

5）了解提高功率因数的意义和方法。

Ø讨论内容

1）掌握正弦量的向量几种表示方法；

2）电阻、电感、电容元件交流电路的计算及向量表示；

3）功率因数提高方法。

Ø作业内容

相量表示法，单一参数的正弦交流电路，RLC串联的正弦交流电路，阻抗的串、并联，功率因数的提高。

5、三相电路（3学时）

三相电压

负载星形联结的三相电路

负载三角形联结的三相电路

三相功率

Ø目标及要求

1）搞清对称三相负载Y和△联结时相线电压、相线电流关系;

2）掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用;

3）掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。

Ø讨论内容

星型连接和三角形连接区别及电压电流计算方法。

Ø作业内容

三相电源电压，负载Y型/Δ型联接的三相电路，三相功率的分析与计算。

7、交流电动机（2学时）

三相异步电动机的构造

三相异步电动机的转动原理

三相异步电动机的电路分析

三相异步电动机转矩与机械特性

三相异步电动机的起动

三相异步电动机的调速

三相异步电动机的制动

三相异步电动机铭牌数据

三相异步电动机的选择

同步电动机（略）

单相异步电动机

Ø目标及要求

1）了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。

2）理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的方法,了解调速和制动的方法。

3）理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。

Ø讨论内容

1）三相异步电动机转差率；

2）三相异步电动机启动性能；

3）三相异步电动机启动方法。

Ø作业内容

电磁转矩计算及制动计算

10、继电接触控制系统（5学时）

常用控制电器

鼠笼式电动机直接起动的控制线路★

鼠笼式电动机正反转的控制线路★

行程控制

时间控制

Ø目标及要求:

1）了解常用低压电器的结构、功能和用途;

2）掌握自锁、联锁的作用和方法;

3）掌握过载、短路和失压保护的作用和方法;

4）掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。

能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。

Ø讨论内容

各种继电器的区别和使用方法、鼠笼电机的启动方法及各种互锁电路。

Ø作业内容

控制电器的结构和功能，鼠笼式电动机直接起动的控制线路，正反转控制线路。

11、实验一：

直流电路实验（3学时）

Ø目标及要求：

Ø目标

1）熟悉电路基本知识及接线技能

2）熟悉叠加原理和戴维宁定理

3）培养独立解决问题的能力

Ø要求

1）预习实验电路，理解电路的工作原理。

2）学习把源于二端网络等效成戴维南电路并进行计算；

3）掌握叠加原理。

12、单相交流电路实验（3学时）

Ø目标及要求：

Ø目标

1）掌握单相交流电路的特点；

2）熟悉电路参数的测量和功率因数的提高

3）培养独立分析问题的能力

Ø要求

1）预习实验交流电路，理解电路的工作原理。

2）能分析正弦交流电路；

3）掌握L在交流中的特性。

掌握提高功率因数的方法。

13、三相交流电路实验（3学时）

Ø目标及要求：

Ø目标

1）了解三相交流电路的特点；

2）掌握三相异步电动机正反转控制电路的正确接线和操作过程；

3）培养独立分析问题的能力

Ø要求

1）预习实验交流电路，理解电路的工作原理。

2）能分析正弦交流电路；

3）设计三相异步电动机既能点动、又能连续运行的控制电路，进而验证三相交流电路的电压、电流关系，以及三相电动机正反转

三、教学方法

在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。

在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。

在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。

1、电路的基本概念与基本定律

知识点：

电路模型、电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律、电源的工作状态以及电路中电位的计算

重点：

压和电流的参考方向、基尔霍夫定律应用

难点：

基尔霍夫定律

教学方法设计：

首先介绍本课程的主要研究内容是电路的原理及其应用，引出课程第一章的题目——电路的基本概念和定律。

这部分难点是电压和电流的参考方向的判断，为了形象的表述方向用多媒体教学的方式展示，基尔霍夫电压定律是电位降和电位升和应相等，所以用回路的方式来表述。

电压和电流参考方向吉基尔霍夫定律用实例演算加深学生对基本知识的理解。

2、电路的分析方法

知识点：

电阻的串并联、电源两种模型等效变换、节点电压法、支路电流法

重点：

电压源和电流源及其等效变换；支路电流法；节点电压法；叠加原理。

难点：

戴维南定理；受控电源电路的分析。

教学方法设计：

首先介绍以前中学物理学过电阻串并联方法、通过例子加深印象，然后画出电阻三角形连接和星型连接的电路图，利用等效变换的原则进行推导公式，再用例题加以说明。

介绍讲解电压源和电流源的等效变换的原则，并对等效进行列表对照，然后进行做题训练。

接着就支路电流法进行讲解并进行实例计算，一边牢固的掌握基本的知识点。

叠加原理是电流分析的重点，通过几个例子来进行实战掌握。

戴维南原理应用较多，是分析复杂电流必要的手段，通过电路分析和实例演算达到掌握的程度。

3、电路的暂态分析

知识点：

电路的暂态、换路定律和时间常数的基本概念；RC、RL电路的零输入响应、零状态响应和全响应；微分电路和积分电路。

重点：

一阶线性电路暂态分析的三要素法。

难点：

换路定则与电压和电流初始值的确定。

教学方法设计：

首先介绍电阻、电感和电容元器件并对他们的电压公式进行推导，接着介绍储能元件的换路原则，引出RC的零状态响应并对电路的特性进行分析，接着介绍零输入响应并推导微分方程最后求解，再接着介绍RC电路的全响应并推导响应的公式，接着举例进行计算。

介绍两种状态响应之后，引出一阶线性电路暂态分析的三要素，并基于三要素直接可以写出RC电路的任一变量的通用表达式。

基于RC电路引出积分电路和微分电流并对电路的波形进行分析，最后介绍RL电流的响应状态。

4、正弦交流电路

知识点：

正弦交流电的三要素；电路基本定律的相量形式和相量图；正弦交流电路瞬时功率、有功功率、无功功率和视在功率的概念；RC电路的频率特性。

重点：

简单正弦交流电路和复杂正弦交流电路的分析方法；串联谐振和并联谐振：

条件、特征、品质因数、通频带，提高功率因数的方法及其经济意义；非正弦周期电路的线性计算方法。

难点：

相量图分析法。

教学方法设计：

通过日常生活中我们用电来引出正弦交流电路，介绍我国工频电压，有效值和幅值的描述和之间关系，介绍正弦量的几种表示方法。

接着引出单一参数的交流电路:

电阻、电感和电容，并对电阻、电感和电容的端电压进行了熟悉推导。

接着介绍了电阻、电感、电容串联的加了电路，推导了串联电路的端电压和阻抗并画出相应的向量图。

接着介绍正弦交流电路中电压和电流的关系，并列表来表述。

接着又介绍了阻抗的串联和并联，进行举例计算。

最后介绍了交流电路的频率特性，并对低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器进行分析，同时还介绍了谐振电路。

5、三相电路

知识点：

三相电源和三相负载的联接方法；三相四线制中中线的作用。

重点：

相电压（相电流）与线电压（线电流）及其在对称三相电路中的相互关系；三相四线制电路中电源及三相负载的正确连接；对称三相交流电路电压、电流和功率的计算。

难点：

三角形和星型连接电压和电流关系

教学方法设计：

首先介绍发电机的基本原理，由此引出三相相差120度的三相正弦交流电，并阐述三相交流电电压之间关系。

接着介绍负在三角形连接电路电压和电流向量图，然后举例进行计算，最后介绍了三相电路的三相功率。

7、交流电动机

知识点：

三相异步电动机的工作原理和基本结构、转动原理、旋转磁场的产生、。

重点：

转差率和机械特性；鼠笼式三相异步电动机的起动、反转、调速和制动方法；三相异步电动机的铭牌数据。

难点：

旋转电机磁场

教学方法设计：

首先讲解电机是能量转换装置，现代的机械装备都用电机来驱动，引出电机的应用背景。

进而介绍电机的基本结构方式，并用图片进行展示，同时用多媒体展示电机的运动状态和原理，磁场的产生机制，异步机为什么会存在转差率等。

接着介绍电机的电磁转矩和相应的机械特性，电机本体介绍之后，介绍电机的启动及制动方法，启动分星-三角降压、自耦降压启动等。

最后介绍电机的变频调速和变极调速的方法。

10、继电接触控制系统

知识点：

自动空气断路器、组合开关、按钮、熔断器、交流接触器、行程开关、热继电器、中间继电器、时间继电器。

重点：

鼠笼式异步电动机的直接起动和正反转控制，行程控制，顺序控制。

难点：

断电延时时间继电器；复杂的时间控制。

教学方法设计：

首先说明现代的设备主要有电机带动，在生产过程中需要控制电机，使生产过程中对电动机进行自动控制，引出继电器控制系统，介绍组成控制系统的按钮、开关、交流继电器、中间继电器、热继电器、熔断器和空气短路器。

接着利用这些器件可以设计电机的启动电路，首先讲解鼠笼型电动机正反转的控制线路。

接着介绍了星-三角启动控制电路及能耗控制电路，最后通过实例讲解。

四、考核及成绩评定方式

考核方式：

闭卷笔试，平时作业，实验报告

成绩评定方式：

期中考试20%，期末考试50%，平时成绩20%（平时作业、到课率），实验报告10%

五、教材及参考书目

指定教材：

秦增煌，《电工学》（上、下册），高等教育出版社，第六版，2004年

参考书目：

1．电工技术网络课程北方交通大学张晓东主编

2．电工技术网络课程大连海事大学于双和主编

3．《电工学》（上，下册）电子教案中国矿业大学王香婷主编

4.《电工基础》北京：

高等教育出版社1998谭恩鼎

5.模拟电子技术基础高等教育出版社第三版董诗白等

6.数字电子技术基础高等教育出版社第四版阎石