Латинін Ю.М., Українська інженерно-педагогічна академія

ВІТЧИЗНЯНИЙ Задачник з електротехніки: ЯКИМ ЙОМУ БУТИ?

Мета статті: на підставі докладного та системного аналізу задачників (З) з електротехніки (Е) [1,2] визначити стан з цими навчальними джерелами, виробити і сформулювати вимоги, яким повинен відповідати З на сучасному етапі розвитку вищої школи. Задачник [1] вийшов з друку відразу після видання цими ж авторами базового підручника (П) з Е [3] для спеціальності «гірництво». Якщо стан справи з П з Е можна вважати більш менш задовільним, то з задачниками (З) – незадовільний: вони майже відсутні. Навіть в П з Е [4] посилань на З, які охоплювали увесь матеріал П, немає. Друкують З мало, видаються вони, як правило, безпосередньо ВНЗ, причому охоплюють один чи декілька розділів електротехніки. Наприклад у З [2] в значній мірі наведені не задачі, але методика їх розв’язання. В методичній літературі майже відсутні вимоги до З, яким вони повинні відповідати на сучасному етапі розвитку вищої школи.

Не будемо звертати уваги на ті недоліки, недоречності, які виникають, коли навчальне джерело виходить уперше. Наприклад, «трифазний струм», «резистор опором 20 В», «струм має негативне значення, але спрямований…», «прикладена напруга, ЕРС», «тумблер К», «струм у всій схемі», тощо. Будемо аналізувати З лише з загальних, системних позицій, звертаючи увагу на похибки чи помилки, які є неприпустимі при будь-яких умовах. Отож, яким повинен бути З, щоб найкращим чином забезпечити підготовку спеціаліста.

Задачник призначений для самостійної роботи студентів ВНЗ, які навчаються за напрямком «гірництво». Він структурований: містить 13 глав, назва яких практично співпадає з назвами базового П, вступ, додатки та перелік літератури. Кожна глава його теж структурована і має такі підрозділи: Основні формули та рівняння; Приклади розв’язування задач та «Задачі для самостійного розв’язування». Його можна умовно розділити на 3 частини: електричні кола та вимірювання – складає 5 розділів, загальний об’єм яких 120 стор.), електричні машини, трансформатори та електропривод – 4 глави (90 стор.), основи електроніки – 4 глави (35 стор). Кількісний аналіз З наведений в таблиці 1.

Таблиця 1

глави	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Кільк. задач абс .і в %	75 9	51 6	143 17	50 6	37 4	94 11	98 12	120 14	23 3	49 6	17 2	45 5	42 5
Кільк. задач	Електричні кола, 356					Електр. машини, 335				Електроніка, 153
Об’єм. %	42					40				18

Середня кількість задач однієї глави складає 65, але численність їх у кожній главі - суттєво розрізняється. Найменша кількість задач присвячена електроніці. Кожна глава З містить розділ «Приклади розв’язування задач», що дає змогу студентові, який немає ще відповідних навичок рішення задач, познайомитися з методикою розв’язання типових задач, потім вже самостійно приступити до рішення подібних задач і виробки навичок Задачі умовно можна класифікувати на якісні (для свого розв’язання не потребують числових розрахунків, а лише знань основних законів електротехніки чи закономірностей, та кількісні (для розв’язання необхідно провести числові розрахунки), які у межах З розташовані без будь-якого порядку. Кількісні задачі можна умовно розділити на прості (для рішення студент виконує одну, максимум - дві дії) та більш складні. Але кількісного критерію оцінки складності задач не розроблено. Умовно задачу вважають складною, якщо студенту для її розв’язання необхідно виконати евристичні дії чи скласти систему рівнянь з трьома невідомими, але таких у З немає.

Задачі за проблематикою, змістом, кількістю повинні бути скореговані з відповідною теорією базового підручника, його обсягом, тобто охоплювати усі глави, розділи. Автори З майже так і зробили: З має глави, які мають таку ж назву, як і базовий П, окрім розділу «магнітні кола». В ньому немає задач з аналізу поведінки електричного кола при зміні його параметрів і відсутні формули, що стосуються методу «еквівалентного генератора».

Додатки до З подають лише такі, без яких неможливо розв’язувати задачі, причому у тексті на них повинно бути посилання. Умови, числові дані задачі та отримані результати не повинні суперечити додаткам. Наприклад, умови задач 7.6; 7.14, 7.68 та інші З суперечать табличним даним додатку № 3 (стор.249): «Паспортні дані асинхронних двигунів серії 4А», синхронні частоти яких 3000, 1500 та 1000 об/хв». При номінальному навантажені ротор асинхронного двигуна 4АА63А4 не може мати частоту обертання 1450 об/хв. В цьому випадку ковзання його буде 3,3 % . Це істотно менше, ніж відповідає реальному двигуну: у відповідності з додатком 3 воно майже утричі більше - 9,0 %. У відповідності з додатком 3 двигун 4А80А6 має номінальне ковзання 8,4%, а з умовами задачі 7.14 - тільки 5%. За умовами задачі 7.68 частота обертання ротора асинхронного двигуна 4А100М6 складає 2950 об/хв. Цифра 6 у літерно-цифровій маркіровці асинхронного двигуна означає, що він має 6 полюсів, тобто 3-и пари. Частота обертів ротора у двигунному режимі роботи не перевищує синхронної, яка складе при цьому 1000 об/хв (при частоті мережі 50 Гц). Аналогічна похибка є в задачі 7.58, за умовами якої трифазний АД АИ160L8 має частоту обертання ротора при номінальному навантаженні 2740 об/хв, та ще й потужність 55кВт. Але синхронна частота двигуна з 4-ма парами полюсів є 750 об/хв. Більш того, за даними довідника (Справочн. по электрич. машинам.М.: Энергоатоиздат,1988, том1, стор.225,226) максимальна потужність машини з таким розміром не перевищуватиме 30 кВт Подібна похибка існує і в задачі 7.72, де синхронна частота двигуна складає 1750 об/хв, що не відповідає промисловій частоті 50 чи 60 Гц. В задачі 7.51 потужність двигуна 4АН132L4 не може бути більшою, ніж 20кВт, оскільки при довжинах (S та M) вона не перевищує 11 кВт. Наведені додатки замість підтвердження тих чи інших висновків, які виникнуть у студента під час розв’язання задачі, навпаки будуть визивати сумніви, невпевненість у отриманих результатах. Чи не буде сумніватися студент, якщо у додатку 1 П цих авторів числове значення температурного коефіцієнту електричного опору манганіну складає 0,00003 , у З - 0,000006, для срібла у П цей коефіцієнт складає 0,0035, у З - 0,004. Взагалі, недоречно, коли ТКО у П та З подані різною кількістю значущих цифр, або, коли питомий електричний опір в П поданий в одиницях системи СІ (мкОм·м), у З –(Ом· мм²/м).

Зміст задач повинен бути наближеним до реального життя, відповідної галузі промисловості, для якої виконується підготовка студента, тобто до майбутньої спеціальності. В умовах задач повинна відбиватися термінологія, назви специфічних механізмів чи пристроїв відповідної галузі. Особливо це стосується розділів З, як «Основи електроприводу», «Електричні машини (постійного та змінного струмів), «Трансформатори» тощо. У кожному розділі З повинна бути чітка послідовність викладення матеріалу. Недоречно, коли у главі 2. («Основні поняття про змінний струм») наводять задачі, в яких фігурують терміни, з якими студент ще не знайомий. Наприклад, задачі про генератор, його конструктивні особливості (якір, кількість пар полюсів, тощо; задачі 2.7-2.11). Студентам, які у майбутньому не будуть мати відношення до електрики, недоцільно визначати ЕРС, що індукується в обмотці якоря, кількість пазів АД, що приходиться на один полюсний розподіл (задача 7.20) або на скільки електричних і просторових градусів зміщені осі котушок двох сусідніх фаз двигуна. Такі задачі скоріше відповідають майбутнім спеціалістам з електрики. Недоречно, коли один і той самий параметр змінюється від задачі до задачі, наприклад, вартість електроенергії. Не бажано ставити й завдання визначити номінальну кутову частоту обертання ротору електродвигуна, оскільки вона не має самостійного значення, коли задана його відповідна номінальна частота обертання.

Сформулюємо вимоги, яким повинен відповідати сучасний З з Е:

1. Охоплює усі глави базового П для відповідної спеціальності;

2. Спрямовується на самостійну роботу студента і містить: а) відповіді; б) розділ, де викладена методика розв’язання типових задач; в) тести, контрольні задачі чи завдання, після виконання яких студент може самостійно перевірити вироблені ним навички та рівень підготовки;

3.Задачі мають ієрархію, класифікацію: якісні та кількісні, прості та підвищеної складності; розрахунково-графічні та професійної спрямованості тощо, причому розміщені у З спочатку прості, а вже потім - більш складні;

4. Умови задачі формулюють коротко, чітко, без зайвих даних. Бажано щоб деякі з них мали і практичну, дослідницьку перевірку результатів. Недоцільно, коли треба визначати багато параметрів (більше 5), окрім задач РГР;

5. Перелік основної літератури не містить П з ТОЕ та для технікумів, тобто тієї, яка є складною і не призначена для пересічного студента, що не є електриком. Вона не дозволить йому опанувати темою за відведений термін.

6. Формули, коефіцієнти, одиниці виміру подають в системі СІ. Точність вихідних даних, числових розрахунків обов’язково вказують на початку, наприклад у передмові, і дотримуються її на протязі усього З. Недоцільно наводити чи формулювати умови задач через несистемні одиниці, наприклад, подавати формулу Джоуля-Ленця з коефіцієнтом 0,24; питомий опір подавати в Ом мм²/м (але не в Ом∙м), кількість теплоти (кал) тощо.

7. Недоречно у тексті З замість реально існуючого кола чи пристрою вживати термін «схема». Неможливо «побудувати схему», чи щось у неї «увімкнути», як і «прикладувати» напругу до будь-якого елемента;

8. У додатки З розміщують матеріал, який є необхідним та достатнім для нього, без якого неможливо обійтись, причому у тексті З на нього є посилання. Умови задач, результати її розв’язання не повинні їм суперечити.

ЛІТЕРАТУРА

[1]. Ф.П. Шкрабець, Д.В. Ципленков. Збірник задач з електротехніки та основ електроніки. Навч. посібник, Дніпропетровськ, НГУ, 200.-255с.

[4]. Збірник задач з електротехніки.// Данько В.Г.,Мілих В.М., Карпенко Ф.Т.,Марков В.С., Харків, НТУ „ХПІ” 2004. – 118с.

[3]. Електротехніка, основи електроніки та мікропроцесорної техніки: Навч. посібн. /Ф.П.Шкрабець, Д.В. Ципленков, Ю.В Куваєв та ін.-Д.: Національний гірничий університет, 2004.-515 с.

[4]. Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. К.: Каравела, 2007.-688 с.