Робоча навчальна програма кредитного модуля “Електротехніка” - 3/НП-04/1/5.5 (стр. 1 )

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Факультет електроенерготехніки та автоматики

кафедра теоретичної електротехніки

“Затверджую”

Декан факультету

_______________

“___” “__________” 2009 р.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ

“ЕЛЕКТРОТЕХНІКА” - 3/НП-04/1/5.5

для напряму підготовки:

6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології»

за спеціальністю 6.091302 «Метрологія та вимірювальна техніка»

денна форма навчання

Програму рекомендовано кафедрою теоретичної електротехніки Протокол № 9 від р. Завідувач кафедри __________________ проф. (підпис) (ініціали, прізвище)

Київ – 2009

I. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Кредитний модуль «Електротехніка» – це дисципліна, яка відноситься до циклу професійно-практичної підготовки студентів, має статус нормативної, складається з одного кредитного модуля – 3/НП-04/1/5.5. Дисципліна «Електротехніка» займає важливе місце серед загальнотехнічних дисциплін, які визначають теоретичний рівень професійної підготовки бакалаврів спеціальності «Метрологія та вимірювальна техніка». Дисципліна знайомить студентів з фізичними особливостями і законами, яким підлягають електромагнітні явища і процеси, методами аналізу електричних і магнітних кіл, генеруванням, передаванням і розподілом електроенергії; елементами конструкцій, принципами роботи та основними характеристиками електричних машин.

Запезпечуючими дисциплінами для «Електротехніки» слід визначити кредитні модулі нормативних дисциплін циклу природо-наукової підготовки:

·  Вища математика – 1. Аналітична геометрія. Лінійна алгебра. Диференціальне числення. – 1/НФ-01/1/9.

·  Вища математика – 2. Інтегральне числення. – 2/НФ-01/2/7.

·  Вища математика – 3. Диференційні рівняння. Аналітичні функції. – 3/НФ-01/3/7.

·  Фізика – 1. Механіка. Молекулярна фізика. Електростатика. – 1/НФ-02/1/7.

·  Фізика – 2. Магнетизм. Оптика. Атомна фізика. – 2/НФ-02/2/5.

·  Обчислювальна техніка та програмування – 2. Інформаційні технології в професійній галузі. – 2/НФ-05/2/5.5.

В свою чергу дисципліна «Електротехніка» в цілому та окремі розділи курсу використовуються при вивченні змістовних модулів дисциплін із циклу професійно-практичної підготовки бакалаврів та циклу ВНЗ. До переліку забезпечуваних слід віднести дисципліни:

нормативні із циклу професійно-практичної підготовки:

·  Теорія електричних сигналів та кіл – 1. Теорія сигналів. – 3/НП-06/1/3.5.

·  Теорія електричних сигналів та кіл – 2. Вимірювальні кола. – 4/НП-06/2/6.

за вибором ВНЗ:

Електронні пристрої ІВТ – 2. Аналогові електронні пристрої. – 4/ЗП-03/1/8.

II. РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ

Таблиця № 1

Семестр / код кредитного модуля	Всього години	Розподіл годин за видами занять	Кількість МКР	Вид індивідуального завдання	семестрова атестація
лекції	практичні заняття	семінарські заняття	лабораторні роботи	Комп’ютерний практикум	СРС
Всього	У тому числі на виконання індивідуального завдання
3/НП-04/1/5.5	198	45	18	-	18	-	117	15	2	РГР	екзамен

III. МЕТА І ЗАВДАННЯ КРЕДИТНОГО МОДУЛЯ

Основна мета викладання навчальної дисципліни – ознайомити студентів з основними поняттями та законами, яким підлягають електромагнітні явища, та надати студентам знання такого рівня, аби вони могли аналізувати явища в електричних і магнітних колах постійного та змінного струмів, правильно експлуатувати електротехнічні та електровимірювальні пристрої.

Завдання дисципліни – сформувати у студентів систему знань для самостійного застосування методів аналізу електромагнітних процесів у технічних пристроях і системах та набуття практичних навичок використання методів теоретичної електротехніки у спеціальних дисциплінах.

Вивчення дисципліни надає студентам знання:

·  про основні поняття та закони електричних і магнітних кіл;

·  про методи аналізу та розрахунки усталених процесів в колах постійного, синусоїдного та періодичного несинусоїдного струмів; резонансні режими, про енергетичні процеси в електричних колах;

·  про методи аналізу перехідних процесів у лінійних електричних колах зі зосередженими параметрами;

·  про особливості перебігу електромагнітних процесів у нелінійних електричних та магнітних колах і методи їх розрахунку;

·  про побудову та принципи дії трансформаторів, генераторів і двигунів постійного та змінного струмів.

В результаті вивчення курсу студенти мають набути уміння:

·  аналізувати прості і розгалужені електричні лінійні кола постійного струму методами безпосереднього застосування законів Ома і Кірхгофа, контурних струмів, вузлових потенціалів, накладання і активного двополюсника;

·  визначати миттєві значення струмів і напруг на ділянках простих кіл синусоїдного струму з послідовним чи паралельним сполученням елементів; будувати векторні діаграми напруг, суміщені з векторними діаграмами струмів. Визначати покази амперметрів, вольтметрів і ватметрів, увімкнених на ділянках кіл;

·  визначати активну і реактивну потужності, які споживаються пасивною ділянкою електричного кола при заданих миттєвих значеннях струму і напруги на затискачах ділянки;

·  аналізувати прості і розгалужені кола синусоїдного струму без взаємоіндукції і з індуктивно зв’язаними вітками символічним методом; перевіряти результати аналізу, записуючи баланс комплексних потужностей, і через побудову векторної діаграми; визначати активну, реактивну і повну генеровані та споживані потужності;

·  обчислювати комплексні частотні функції кола (вхідні і передатні), будувати та аналізувати частотні характеристики вхідних і передатних функцій кола:

·  аналізувати режими резонансу напруг і струмів в електричних колах, з’ясовувати умови резонансних режимів у складних колах, аналізувати частотні характеристики послідовного та паралельного коливальних кіл;

·  записувати основну систему рівнянь чотириполюсника і розраховувати його вторинні параметри, вхідний і вихідний опори, розраховувати параметри еквівалентних схем заміщення чотириполюсника Т - і П-типів;

·  аналізувати розгалужені кола періодичних струмів: визначати ємнісні та індуктивні опори ділянок кола для вищих гармонік періодичних струмів; миттєві значення напруг та струмів; покази вольтметрів, амперметрів та ватметрів;

·  проаналізувати перехідний процес у лінійному колі першого чи другого порядків класичним і операторним методами при живленні кола від постійного чи синусоїдного джерела;

·  розрахувати нелінійне електричне коло з послідовним і паралельним з’єднанням нелінійних резистивних елементів за постійних струмів і напруг графічними методами еквівалентних перетворень чи перетину характеристик.

Під час вивчення дисципліни студенти отримують навички:

·  роботи з контрольно-вимірювальною апаратурою в процесі експериментальних досліджень електромагнітних процесів в електричних і магнітних колах на лабораторних пристроях і моделях;

·  моделювання електричних схем у віртуальній лабораторії та здійснення досліджень їх функціонування за допомогою віртуальних контрольно-вимірювальних пристроїв;

·  самостійної роботи з дистанційними курсами, навчальною, навчально-методичною та довідковою літературою.

IV. ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

IV.1. РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ ЗА ТЕМАМИ

Назви розділів та модулів	Розподіл навчального часу за видами занять
Всього	Лекції	Практичні заняття (контрольні роботи)	Семінарські заняття	Лабораторні роботи	Комп’ютерний практикум	СРС
1	2	3	4	5	6	7	8
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ Тема 1.1. Основні поняття та закони електричних кіл Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму Тема 1.3. Нелінійні електричні кола постійного струму Тема 1.4. Магнітні кола Модульна контрольна робота до змістовного модуля 1	12.5 22 5.5 5.5 4	4 6 2 2	2 4 2		2 4		4.5 8 3.5 3.5 2
1
2	3	4	5	6	7	8
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. УСТАЛЕНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ КОЛАХ ПЕРІОДИЧНОГО СТРУМУ Тема 2.1. Лінійні електричні кола однофазного синусоїдного струму Тема 2.2. Лінійні електричні кола трифазного струму Тема 2.3. Теорія лінійних чотириполюсників Тема 2.4. Лінійні електричні кола періодичного несинусоїдного струму Модульна контрольна робота до змістовного модуля 2 ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ ЗІ ЗОСЕРЕДЖЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ Тема 3.1. Перехідні процеси в лінійних колах Модульна контрольна робота до змістовного модуля 3 РГР зі змістових модулів 2, 3 Підготовка до екзамену	33 15 5.5 11.5 4 25.5 3 15 36	14 4 2 2 9 0	2 2 1 1 3 1		4 2 2 4		13 7 3.5 6.5 3 9.5 2 15 36
Всього	198	45	18		18		117

IV.2. ЛЕКЦІЇ

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1.

ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ

Тема 1.1. Основні поняття та закони електричних кіл

CРС

Лекція 1. Фізичні основи електротехніки. Основні поняття електричних кіл.

Предмет і зміст дисципліни, навчальна література. Диференціальні та інтегральні параметри середовища й інтенсивності електромагнітного процесу. Поняття про електричні і магнітні кола, лінійні і нелінійні кола, їх схеми і параметри стану. Поняття про кола зі зосередженими та розподіленими параметрами, усталений і перехідний режими кіл. Закон Кулона. Електрична напруга, електричний потенціал і електрорушійна сила. Визначення електростатичного поля і поля постійних струмів як потенціальних. Електричні струми провідності, переносу й електричного зміщення. Принцип неперервності електричного струму. Заряд і розряд конденсатора.

Література: [1, § 1, §§ 378-383], [3, §§ 1.1.-1.6.], [4, §§ 1.1-1.6 ].

СРС. Фізичні основи електротехніки: електромагнітне поле, його рівняння в інтегральній формі; напруга, електричний струм провідності, переносу і зміщення.

Література: [2, §§ 1.1, 1.2], [3, §§ 1.1-1.4].

Лекція 2. Поняття схеми заміщення електричного кола. Ідеалізовані елементи схем заміщення. Основні закони електричних кіл.

Схеми заміщення електричних кіл. Ідеалізовані активні і пасивні елементи схем заміщення, їх умовні графічні позначення та компонентні рівняння. Реальні компоненти електричних схем: резистори, конденсатори, котушки індуктивності, їх технічні параметри. Послідовна і паралельна схеми заміщення реальних джерел енергії у колах постійного струму. Основні закони електричних кіл: закон Ома для резистивної ділянки кола, ділянки кола з джерелом ЕРС і поодинокого контура; закони Кірхгофа. Топологія схем заміщення електричних кіл. Математична модель кола. Енергія й потужність в електромагнітному полі. Закон Джоуля-Ленца. Рівняння енергетичного балансу.

Література: [1, §§ 1, 2, 4-10], [2, §§ 1.1.-1.4, 1.6], [3, §§ 1.6-1.9, 2.3, 2.4.], [4, §§ 1.7-1.10, 1.12.2, 2.1-2.3, 3.7].

СРС. Технічні характеристики резисторів, конденсаторів та котушок індуктивності.

Література: [3, § 1.7.], [29, Гл. 3].

Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму

CРС

Лекція 3. Еквівалентні перетворення схем електричних кіл. Методи аналізу простих електричних кіл. Принцип накладання і метод накладання.

Поняття простих і складних розгалужених кіл. Еквівалентні перетворення схем електричних кіл з послідовним і паралельним сполученням опорів, сполученнями «трикутник» або «зірка»; перетворення джерел: винесення джерела ЕРС за вузол та занесення джерела струму до контура. Метод згортки і метод пропорційних величин для розрахунку простих кіл. Принцип накладання і метод накладання для аналізу складних кіл. Вхідні та взаємні провідності віток.

Література: [1, §§ 11, 13, 14, 21], [2, §§ 1-9, 1-11, 2-3, 2-4], [3, §§ 2.1, 2.2, 2.7.], [4, §§ 1.11-1.12.1,].

СРС. Принцип взаємності.

Література: [1, § 15], [2, § 1-10], [3, § 2.8.].

Лекція 4. Методи аналізу розгалужених електричних кіл.

Повна гібридна математична модель складного електричного кола. Скорочені однобазисні математичні моделі. Аналіз електричного стану розгалужених електричних кіл з декількома джерелами енергії методами контурних струмів (математична модель у базисі незалежних струмів) та вузлових потенціалів (математична модель у базисі незалежних напруг).

Література: [1, §§ 12, 19, 20.], [2, §§ 1-7, 1-8], [3, §§ 2.5, 2.6.], [4, §§ 1.12.3].

СРС. Теореми компенсації.

Література: [1, § 16], [2, § 1-12], [3, § 2.9.].

Лекція 5. Теорема про активний двополюсник. Передавання електроенергії від активного двополюсника до пасивного.