Рабочая программа по дисциплине «Теоретические основы электротехники» (стр. 2 )

3. СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЕЙ

ТРЕТИЙ СЕМЕСТР

3.1. Содержание модуля 1 (90 час).

3.1.1. Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах

Тема 1. Введение. (1 час.), УЗ-1, ПК-11.

Назначение курса ТОЭ и его роль в подготовке инженеров по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». Связь теоретических исследований с практическими задачами электротехники и электромеханики. Структура курса. Учебники и учебные пособия. Организация работы над курсом.

Литература раздел 4 [1,2,3,4,5,6,].

Тема 2. Основные понятия и законы теории электромагнитного поля и теории цепей. (5 час.) УЗ-3, ПК-11,33,41.

2.1. Основные понятия и законы электромагнетизма. Электромагнитное поле как физическая реальность. Математическая теория поля - аппарат для его исследования. Описание электромагнитных устройств и систем методами теории цепей. Связь между теорией электромагнитного поля и теорией электрических цепей. Источники поля. Электрические и магнитные компоненты поля и среды. Законы электромагнетизма.

2.2. Основные понятия и законы теории электрических цепей. Электрическая цепь, электрические схемы. Электрический ток (электронная, дырочная и ионной проводимости, ток смещения в диэлектрике и вакууме, ток переноса в электроннолучевых трубках), физические проявления тока, воздействие на человека. Электрическое напряжение. Электрический потенциал. Электродвижущая сила (ЭДC). Сторонние поля.

Законы (правила) Кирхгофа, их связь с уравнениями Максвелла. Закон Джоуля-Ленца, электрическая и магнитная энергии.

2.5. Физические элементы и параметры электрических цепей.

Идеальный резистор. Параметр - электрическое сопротивление. Два определения. Расчет и измерение. Зависимость. Вольт-амперная характеристика (ВАХ). Линейность и нелинейность. Приемники - потребители электрической энергии. Закон Ома - определяющее уравнение для.

Идеальный конденсатор. Параметр - электрическая емкость. Три определения . Расчет и измерение кулон-вольтной характеристики линейных и нелинейных конденсаторов. Приемники - накопители электрической энергии. Связь между и ( при и ) - определяющее уравнение для идеального конденсатора. Взаимная ёмкость. Частичные ёмкости.

Идеальная индуктивная катушка. Параметр - индуктивность. Три Определения. Расчет и измерение. Вебер-амперная характеристика линейных и нелинейных индуктивных катушек. Приемники - накопители энергии магнитного поля. Связь между и (при и) - определяющее уравнение для идеальной катушки. Взаимная индуктивность.

Реальные резисторы, катушки, конденсаторы - их упрощенные схемы замещения.

Идеальные вспомогательные элементы электрических цепей - соединительные провода, переключатели и т. д. Условности -»закоротки» и «разрывы».

Идеальные и реальные источники энергии. Представление заданного напряжения идеальным источником ЭДС (). Представление заданного тока идеальным источником тока (,). Стрелки. Внешние характеристики идеальных источников,. Невозможность взаимного эквивалентного преобразования идеальных источников и. Реальные источники энергии - их упрощенные схемы замещения (источник напряжения и источник тока) и возможность их эквивалентного преобразования. Внешняя характеристика реального источника постоянного напряжения и тока, линеаризация ее в окрестностях ХХ и КЗ.

2.3. Описание электрических цепей уравнениями Кирхгофа. Начальные сведения о топологии цепи: ветви, узлы, контуры, сечения, графы и основные подграфы. Описание цепи уравнениями Кирхгофа для мгновенных значений токов и напряжений. Уравнения связи - определяющие уравнения элементов цепи. Свойства цепей Кирхгофа - потенциальность и замкнутость. Оценки применимости теории цепей по уровням частоты, токов, напряжений. Теорема Теленджена, баланс мощностей.

Литература раздел 4 [1,2,3,4,5,6,].

Тема 3. Линейные цепи постоянного тока. (6 час.), УЗ-3, ПК-11,33,41.

3.1. Простые цепи постоянного тока. Почему из параметров при постоянных токах и напряжениях учитывается только? Эквивалентные преобразования, метод эквивалентных преобразований. Метод пропорциональных величин.

3.2. Сложные цепи постоянного тока. Расчет полного токораспределения по уравнениям Кирхгофа. Баланс мощностей. Методы контурных токов и узловых потенциалов. Потенциальная диаграмма.

. 3.3. Основные свойства и теоремы линейных электрических цепей. Принципы наложения и взаимности, входные и взаимные проводимости, коэффициенты передачи. Принцип линейности. Принцип компенсации. Теоремы об эквивалентных источниках напряжения (теорема Гельмгольца-Тевенена) и тока (теорема Нортона). Метод эквивалентного генератора.

Тема 4. Электрические цепи синусоидального тока. (14 час.), УЗ-3, ПК-11,33,41.

4.1. Основные понятия. Роль синусоидального тока в электротехнической практике. Получение синусоидального напряжения (ЭДС). Синусоидальная функция, характеризующие ее величины (для тока:). Графическое изображение синусоиды - временная и векторная диаграммы. Интегральные характеристики синусоидального тока ().

4.2. Синусоидальный ток в элементах. Графики Энергия и мощность. Безвозвратное потребление энергии и обмен энергией в накопителях. Фазовый угол сдвига в пассивной цепи.

4.3. Мощность в цепи синусоидального тока. Мгновенная, активная, реактивная, полная мощность - формулы, физический смысл. Физический смысл действующего значения тока (напряжения).

4.4. Комплексный метод расчета. Основные понятия. Изображение синусоидальных функций вращающимися векторами на комплексной плоскости. Линейные математические операции над комплексной функцией. Возможность описания синусоидального режима фиксированной частоты с помощью комплексных чисел. Алгебра комплексных чисел.

Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Комплексные сопротивления и проводимость (). Описание синусоидального режима в электрической цепи - СЛАУ с комплексными коэффициентами. Применимость в комплексной форме всех методов и принципов расчета линейных цепей, рассматриваемых для цепей постоянного тока. Алгоритм расчета токов в сложной цепи. Примеры расчёта простых электрических цепей. Эквивалентные преобразования, расчет, расчет токов и напряжений, векторные и топографические диаграммы. Метод пропорциональных величин. Мощность в комплексной форме (). Баланс мощностей.

4.5. Резонанс в простых цепях. Резонанс напряжений в последовательной - цепи. Характеристическое сопротивление, добротность контура. Частотные характеристики. Полоса пропускания контура. Практическое значение резонанса напряжений. Резонанс токов в параллельной - цепи. Частотные характеристики. Практическое значение резонанса токов. Коэффициент мощности, физический смысл. «Проблема». Повышение в энергосистеме («косинусные» конденсаторы, синхронные компенсаторы). Коэффициент полезного действия, энергетический коэффициент () .

4.6. Пассивные и активные двухполюсники. Входное сопротивление (проводимость). Последовательная и параллельная, cхемы замещения двухполюсника. Измерение эквивалентных параметров с помощью вольтметра, амперметра, ваттметра, определение знака угла. Треугольники напряжений, сопротивлений, токов, проводимостей, мощностей. Зависимость от всех параметров цепи и частоты. Передача энергии от активного двухполюсника нагрузке. Условия передачи максимальной активной мощности. Падение и потеря напряжения в линии передачи энергии. Частотные характеристики двухполюсников (АЧХ, ФЧХ). Расчет нулей и полюсов реактивных двухполюсников. Дискретные спектры. Частотные фильтры.

4.7. Электрические цепи со взаимноиндуктивными связями. Основные понятия. Явление взаимной индукции, взаимная индуктивность. Уравнения для двух магнитосвязанных контуров (катушек): система стрелок, маркировка при и. Опытное определение величины и знака. Маркировка при. Коэффициент магнитной связи двух контуров. Последовательное включение двух магнитосвязанных катушек. Эквивалентная индуктивность при согласном и встречном включении. Векторные диаграммы. Определение величины и знака при произвольной маркировке. Уравнения Кирхгофа и компонентные уравнения ветвей (уравнения связи) для сложных цепей со взаимной индукцией. Баланс мощностей в электрических цепях со взаимной индукцией. Передача энергии через магнитное поле.

Воздушный трансформатор. Исследование воздушного трансформатора с резистивной нагрузкой (). Эквивалентные параметры трансформатора как пассивного двухполюсника. Вносимые сопротивления (). Совершенный и идеальный трансформаторы. Компонентные уравнения для идеального трансформатора. Понятие о согласующем (идеальном) трансформаторе. Развязка магнитных связей. Т - образная схема замещения трансформатора.

4.8. Компьютерный анализ линейных электрических цепей. Компьютерная модель сложной цепи на базе уравнений Кирхгофа. Вычисление входных и передаточных коэффициентов с использованием принципов наложения и взаимности. Автоматизация формирования уравнений метода узловых потенциалов с помощью Т-списка. Применение системы MathCAD для компьютерного расчёта электрических цепей.

Литература раздел 4 [1,2,3,4,5,6,].

Тема 5. Линейные электрические цепи при несинусоидальных периоди-ческих воздействиях. (4 час.), УЗ-3, ПК-11,33,41.

5.1. Несинусоидальные периодические токи и напряжения; представление их рядами Фурье, учет симметрии. Дискретный спектр. Принцип наложения.

5.2. Интегральные величины токов, напряжений, Э. Д.С.: среднее, среднее по модулю, действующее значение; коэффициенты, характеризующие несинусоидальность функции. Понятия об измерительных приборах различных систем - что они измеряют и как проградуированы.

5.3. Активная мощность P. Полная (установленная) мощность, коэффициент мощности (). О реактивной мощности.

5.4. Подробный расчет цепи при несинусоидальной ЭДС с вычислением мгновенных, интегральных значений тока, напряжений, активной мощности, коэффициентов Построение временных графиков.

5.5. Зависимость формы кривой от характера цепи при несинусоидальном напряжении [токе]: усиление или ослабление высших гармоник. Резонансы. Частотные фильтры.

5.6. Понятие о приближенном анализе несинусоидальных режимов методом эквивалентых синусоид.

5.7. Несинусоидальные кривые с периодической сгибающей (биения, модулированные колебания, модулированные импульсы).

Литература раздел 4 [1,2,3,4,5,6,].

Тема 6. Трехфазные цепи (6 час.). УЗ-3, ПК-11,33,41.

6.1. Основные понятия и определения теории трехфазных цепей. Понятие о многофазных источниках питания и многофазных цепях. Трехфазные источники, линия передачи и нагрузка. Многофазные и трехфазные системы токов, напряжений, Э. Д.С. Порядок следования фаз, оператор. Связывание многофазных цепей - соединение звездой () и многоугольником (треугольником -). Линейные и фазные величины.

6.2. Симметричные режимы работы трехфазных цепей ( соединения и для источников, приемников), соотношения между линейными и фазными напряжениями, токами. Однофазные схемы замещения, эквивалентные преобразования. Применение топографических диаграмм.

6.3. Несимметричные режимы работы трехфазных цепей. Неравномерная нагрузка фаз, несимметрия при авариях. Эквивалентные преобразования при несимметрии.

Расчет цепи - трехпроводная и - четырехпроводная (с нулевым проводом ), роль нулевого провода (нейтрали) и его сопротивления на систему фазных напряжений приемника. Расчет цепей

6.4. Мощности P, Q, S трехфазной системы. Вычисление и измерение мощностей в симметричных и несимметричных трехфазных цепях.

6.5. Вращающееся и пульсирующее магнитное поле. Получение кругового вращающегося поля с помощью двух неподвижных катушек. Получение вращающегося поля в синхронном генераторе. Принцип действия синхронного и асинхронного двигателей.

Литература раздел 4 [1,2,3,4,5,6,].

3.1.2 Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в часах.

Наименование тем занятий	Количество часов	Форма контроля	Сроки контроля	Номер компетенции	Литература
1. Расчет простых цепей постоянного тока	4	Опрос	Во время проведения пр. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
2. Метод эквивалентного генератора.	4	К. р.	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
3. Расчет простых цепей синусоидального тока. Векторные диаграммы.	4	Опрос	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
4. Расчет цепей синусоидального тока комплексным методом.	4	Опрос	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
5. Расчёт цепей в резонансных режимах.	4	К. р.	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
6. Расчет цепей синусоидального тока с катушками взаимной индуктивности.	4	Опрос	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
7. Расчет цепей с периодическими несинусоидальными токами.	2	Опрос	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
8. Расчёт симметричных трёхфазных цепей	4	Опрос	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16
9. Расчёт несимметричных трёхфазных цепей	6	К. р.	Во время проведения пр. занятий	ПК-11,33,41	1-16

3.1.3. Лабораторные работы, их наименование и объем в часах

Наименование тем занятий	Количество часов	Форма контроля	Сроки контроля	Номер компетенции	Литература
1. Законы Кирхгофа в цепях постоянного тока.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
2. Свойства линейных цепей постоянного тока.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
3. Исследование передачи энергии по линии постоянного тока.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
4. Исследование простых цепей синусоидального тока.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
5. Резонанс напряжений.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
6. Повышение коэффициента мощности активно-индуктивного приемника с помощью конденсатора.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
7. Исследование цепи переменного тока с катушками взаимной индуктивности.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
8. Исследование трехфазной системы звезда-звезда.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16
9. Исследование трехфазной системы звезда-треугольник.	2	Отчёт	Во время проведения лаб. Занятий	ПК-11,33,41	1-16

3.1.4. Курсовой проект, курсовая работа, реферат, домашнее задание, их содержание и характеристика.

Курсовая работа (24 час.)