«Теоретические основы электротехники» (стр. 2 )

Переходные процессы в электрических цепях

Л2.8. Понятие о переходном процессе, его уравнения. Законы коммутации. Классический метод расчета переходного процесса.

Л2.9. Способы составления характеристического уравнения цепи. Свойства корней характеристического уравнения. Коэффициент затухания переходного процесса, постоянная времени цепи. Фактическая продолжительность переходного процесса.

Л2.10. Операторный метод расчета переходных процессов. Изображение и оригинал, преобразование Лапласа. Элементы операторной схемы.

Л2.11. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Предельные соотношения операторного исчисления. Теорема разложения.

Многополюсники и цепи с распределенными параметрами

Л2.12. Многополюсные электрические цепи. Параметры четырехполюсников.

Л2.13. Электрические цепи с распределенными параметрами. Уравнения и параметры электрических линий.

Электромагнитное поле

Л2.14. Электростатическое поле и его параметры. Градиент потенциала. Теорема Гаусса. Уравнения Пуассона и Лапласа. Граничные условия. Теорема единственности решения и следствия из нее. Электрическая емкость. Энергия электростатического поля.

Л2.15. Стационарное электрическое поле в проводящей среде. Закон Ома и Кирхгофа в дифференциальной форме. Граничные условия. Метод электростатической аналогии.

Л2.16. Стационарное магнитное поле. Закон полного тока. Принцип непрерывности магнитного потока. Граничные условия. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Л2.17. Полный электрический ток. Закон электромагнитной индукции. Полная система уравнений электромагнитного поля.

Л2.18. Энергия электромагнитного поля. Теорема Умова-Пойнтинга. Поверхностный эффект и эффект близости. Экранирование в электромагнитном поле.

4. Практические занятия

4.1. Цель и формы проведения практических занятий, отчетность

Цель практических занятий заключается в повторении и углублении лекционного материала, в обучении типовым приемам при решении задач, в привитии расчетных навыков и контроле качества усвоения теоретического материала.

В зависимости от основной цели практические занятия или их части могут проводится в различных формах:

1. Краткий обзор преподавателем теоретического материала.

2. Опрос студентов.

3. Решение преподавателем типовых задач.

4. Самостоятельное решение студентами индивидуальных задач.

5. Контрольное решение задач студентами.

6. Решение преподавателем нетривиальных и проблемных задач.

Отчетность студентов производится в виде устных ответов при опросе, сдаче на проверку индивидуальных и контрольных задач, сдаче на проверку и защите РГР.

4.2. Перечень тем практических занятий.

П1.1.	Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии. Законы Ома и Кирхгофа.
П1.2.	Методы контурных токов и узловых потенциалов.
П1.3.	Метод эквивалентного генератора и метод наложения.
П1.4.	Синусоидальный ток и его характеристики.
П1.5.	Расчет цепей синусоидального тока символическим методом. Топографическая диаграмма. Баланс мощностей.
П1.6.	Резонансы в электрических цепях.
П1.7.	Расчет цепей со взаимной индуктивностью.
П1.8.	Резонансы в цепях со взаимной индуктивностью.
П1.9.	Расчет трехфазных цепей.
П2.1.	Расчет линейных цепей несинусоидального тока.
П2.2.	Расчет нелинейных цепей постоянного тока.
П2.3.	Расчет магнитных цепей постоянного тока.
П2.4.	Расчет переходных процессов классическим методом.
П2.5.	Расчет переходных процессов операторным методом.
П2.6.	Расчет электростатических полей.
П2.7.	Расчет стационарных электрических полей в проводящей среде.
П2.8.	Расчет стационарных магнитных полей.
П2.9.	Переменное электромагнитное поле.

4.3. Методическое обеспечение практических занятий

Методическое обеспечение включает лекционный материал; учебники и задачники, указанные в п. 9; макеты, плакаты; комплекты задач для индивидуального решения и контрольных работ по всем темам практических занятий.

5. Лабораторные занятия

5.1. Цель и формы проведения лабораторных занятий, отчетность

Основные цели, которые должны достигаться в процессе лабораторных занятий, заключаются в проверке студентами теоретических знаний на практике; знакомстве с измерительной аппаратурой и экспериментальными методами исследования; в приобретении навыков сборки электрических цепей; в знакомстве с основами компьютерного моделирования электрических цепей; в обучении обобщению данных эксперимента и в текущем индивидуальном контроле знаний студентов.

Форма проведения лабораторных занятий должна способствовать достижению указанных целей, поэтому лабораторное занятие должно проходить в виде определенной последовательности этапов:

1. Проверка готовности студентов к работе.

2. Дополнительные методические указания преподавателя по проведению эксперимента и обработке результатов.

3. Проведение студентами эксперимента, запись его результатов.

4. Проверка преподавателем правильности результатов эксперимента и совместный со студентами их предварительный анализ.

5. Самостоятельный расчет и оформление работы студентами с обязательной формулировкой основных выводов.

6. Защита студентами лабораторной работы.

Отчетность по лабораторным работам проходит в четыре этапа: при допуске к работе в виде собеседования; при проверке результатов эксперимента; при контроле правильности расчета и оформления отчета по работе и при защите лабораторной работы.

5.2. Перечень лабораторных занятий

ЛР1.1. Проверка законов электрических цепей.

ЛР1.2. Исследование распределения потенциала вдоль неразветвленной электрической цепи.

ЛР1.3, ЛР1.4. Исследование линии электропередачи постоянного тока.

ЛР1.5. Исследование активных и реактивных сопротивлений в цепи переменного синусоидального тока.

ЛР1.6, ЛР1.7. Исследование резонанса напряжений.

ЛР1.8, ЛР1.9. Исследование индуктивно связанных катушек

ЛР2.1. Исследование линейной цепи несинусоидального тока.

ЛР2.2. Исследование нелинейных элементов.

ЛР2.3, ЛР2.4. Исследование магнитной цепи при синусоидальном источнике питания.

ЛР2.5. Исследование переходных процессов в электрической цепи постоянного тока.

ЛР2.6, ЛР2.7. Исследование электрического поля в однородной проводящей среде.

ЛР2.8, ЛР2.9. Исследование взаимной индуктивности круглых катушек.

5.3. Методическое обеспечение

Методическое обеспечение лабораторных работ включает в себя комплект лекций, учебники, методические указания к выполнению лабораторных работ, инструкции и технические описания приборов, программы компьютерного моделирования электрических цепей, наглядные пособия (макеты, плакаты и т. д.).

6. Расчетно-графические работы

6.1. Цель расчетно-графических работ

Выполнение студентами расчетно-графических работ преследует ряд целей:

1. Уяснение изучаемого раздела ТОЭ в целом и взаимосвязь отдельных тем раздела.

2. Привитие навыков практического использования теоретических знаний для расчета многоплановой сложной задачи.

3. Сравнение различных методов расчета по точности, производительности, наглядности и т. д.

4. Воспитание чувств личной ответственности за результаты работы, выполненной самостоятельно от начала и до конца.

5. Привитие навыков правильного оформления технической документации.

6.2. Объемы расчетно-графических работ

Семестр	Рас­четно-графиче­ские работы (РГР)
Наименование	Шифр	Час
3	Расчет сложной электрической цепи постоянного тока	РГР1.1	12
Расчет электрической цепи однофазного синусоидального тока	РГР1.2	12
Анализ режимов работы сложных трехфазных цепей	РГР1.3	12
4	Расчет сложной нелинейной цепи переменного тока	РГР2.1	10
Расчет переходного процесса в сложной цепи постоянного тока	РГР2.2	10
Расчет электростатического поля	РГР2.3	10

6.3. Порядок отчетности и формы контроля за выполнением расчетно-графических работ

Расчетно-графические работы должны быть рассчитаны, оформлены и сданы на проверку в срок, предусмотренный календарным планом. Для выяснения степени самостоятельности выполнения расчетно-графических работ после внесения студентом всех необходимых исправлений производится их защита, по результатам которой задание зачитывается. Текущий контроль за выполнением каждой расчетно-графические работы осуществляется преподавателем в форме проверок хода расчетов в соответствие с контрольными точками календарного плана.

6.4. Методическое обеспечение

Методическое обеспечение включает в себя конспект лекций, учебники, задачники, методические указания к выполнению РГР, программное обеспечение ЭВМ для автоматизации сложных численных расчетов (систем уравнений, комплексные числа, ряд Фурье и т. д.).

7. Учебно-исследовательская работа

7.1. Цель и основные формы УИРС и НИРС в учебном курсе

Целью УИРС и НИРС является формирование у студентов научного, исследовательского подхода к решению нетривиальных задач по специальности. УИРС проводится в форме отдельных этапов лабораторных работ, олимпиад по учебной дисциплине, исследования в дипломных проектах. НИИРС проводится в форме работы в кружках СНО, путем участия студентов в разработках и постановке новых лабораторных работ, работой в хоздоговорных и госбюджетных НИР кафедры.

8. Производственная практика

Производственная практика по дисциплине не предусмотрена.

9. Методическое обеспечение учебной дисциплины

9.1. Рекомендуемая литература

1. Атабеков основы электротехники. Ч.1. Линейные электрические цепи. - М.: Энергия, 19с. Ч.2 и Ч 3. Нелинейные электрические цепи. Электромагнитное поле/, , . - М.: Энергия, 1979. – 432 с.

2. Бессонов основы электротехники: Электрические цепи.-М.: Высшая школа, 19с.: Электромагнитное поле.- М.: Высшая школа, 20с.

3. Теоретические основы электротехники. , , В 3-х томах. - СПб.: Питер, 20с., 576 с. и 377 с.

4. Поливанов основы электротехники. Т.1.-М.: Энергия, 19с. Т.3.- М.: Энергия, 19с. Жуховицкий Б. Я., Т.2. - М.: Энергия, 19с.

5. Теоретические основы электротехники. Т.1 и Т.2./Под редакцией . - М.: Высшая школа, 1976. – 544 с. и 383 с.

6. Основы теории цепей/, , .-М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

7. Основы теории цепей.-М.:Высшая школа,1998.-575 с.

8. 30 лекций по теории электрических цепей.- СПб.: Политехника, 1995.-519 с.

9. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники /Под редакцией .-М.:Энергоиздат,1982.-768с.

10. Задачник по теоретическим основам электротехники. Теория цепей /Под редакцией .-М.:Энергия,1973.-304с.

11. , , Фрадкин по теоретическим основам электротехники. Теория поля.-М.:Энергия,1972.-168с.

12. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/Под редакцией . - М.: Высшая школа, 1988. – 543 с.

13. Сборник задач по теории электрических цепей/Под редакцией и - М.: Высшая школа

14. , Каблукова по теории линейных электрических цепей.- М.: Высшая школа, 1990. – 544 с.

15. Татур теории электрических цепей. - М.: Высшая школа, 1980.-271 с.

16. Татур теории электромагнитного поля. - М.: Высшая школа, 19с.

9.2. Методические пособия и разработки

1. , , Темченко  лабораторных работ по ТОЭ. Часть 1: Линейные цепи постоянного и переменного синусоидального тока. – Хабаровск: ДВГАПС, 1996.

2. , , Темченко  лабораторных работ по ТОЭ. Часть 2: Cложные линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи. – Хабаровск: ДВГАПС, 1999.

3. Методические указания к выполнению лабораторных работ по ТОЭ. Часть 3. – Хабаровск: ХабИИЖТ, 1985.

4. Матющенко сложных электрических цепей постоянного и синусоидального токов: Учебное пособие – Хабаровск: ДВГУПС

5. Заволока режимов работы сложных трехфазных систем с выбором конденсаторов для компенсации реактивной мощности: Методическое пособие для выполнения курсового проекта – Хабаровск: ДВГУПС, 1998.

6. Гафиатулина Е. С., Матющенко сложной нелинейной цепи переменного тока: Методическое пособие - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004.

7. , Заволока переходного процесса в сложной цепи постоянного тока: Методическое пособие - Хабаровск: ДВГУПС, 2001.

8. , Волынцев О. Г Теоретические основы электротехники. Анализ режимов работы длинной линии и расчет электростатического поля: Методическое пособие. - Хабаровск: ДВГУПС, 2000.

9. Матющенко основы электротехники. Линейные электрические цепи постоянного и однофазного синусоидального токов: Учебное пособие – Хабаровск: ДВГУПС

9.3. Технические средства обучения

При чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий используются плакаты, макеты, демонстрационные установки. При проведении лабораторных работ, выполнении РГР используется ЭВМ.

9.4. Контроль качества усвоения учебного материала

9.4.1. Цель и задачи контроля

Цели контроля заключаются в активизации, повышении планомерности работы студентов и создании обратной связи к преподавателю для оперативной корректировки форм и методов обучения. Указанные цели достигаются решением задач:

1. Организация систематического сбора контрольной информации.

2. Обеспечение объективности данных контроля.

3. Охват контролем всех видов учебной работы.

4. Гласность и доступность для студентов результатов контроля их знаний.

5. Повышение престижности качественного усвоения учебного материала и создание атмосферы соревновательности по результатам контроля у студентов.

9.4.2. Основные формы контроля по видам учебных занятий

На лекциях контроль осуществляется путем устного выборочного опроса студентов по изученному материалу, на котором основано изучение следующей темы, и путем проверки ведения конспекта лекций. На практических занятиях контроль осуществляется в виде устного опроса по ходу занятий, проверки решения индивидуальных и контрольных задач, проверки по контрольным точкам и защиты домашних заданий с проставлением рейтинговой оценки. На лабораторных занятиях контроль осуществляется в виде беседы при допуске к работе, проверкой правильности выполнения эксперимента, расчета и оформления отчета по работе, а также при защите лабораторной работы с проставлением рейтинговой оценки. По результатам работы в семестре проводятся зачет и экзамен.

10. Использование ЭВМ и математических методов

ЭВМ используется для усвоения и повторения теоретического материала, при выполнении РГР (решение систем уравнений, расчета комплексных чисел, гармонический анализ несинусоидальных функций времени и т. д.). Специальные программы моделируют лабораторную установку и проведение эксперимента по теме "Несинусоидальные токи в линейных цепях". Математические методы, используемые в курсе ТОЭ, приведены в разделе 11.1 настоящей программы.

11. Логические связи дисциплины ТОЭ с другими дисциплинами

11.1. Логические связи курса ТОЭ с курсом «Высшая математика»

Раздел ТОЭ	Раздел математики
Линейные электрические цепи постоянного тока	Решение систем линейных уравнений с помощью определителей и матриц.
Линейные электрические цепи синусоидального тока	Производная и интеграл. Основы векторной алгебры и алгебры комплексных чисел. Среднее значение функции
Нелинейные электрические и магнитные цепи	Аналитическая геометрия на плоскости. Аналитическая аппроксимация опытных кривых: кусочно-линейная, степенным полиномом. Метод наименьших квадратов.
Цепи несинусоидального тока	Ряд Фурье
Переходные процессы в электрических цепях	Теория линейных дифференциальных уравнений. Интеграл Дюамеля. Основы теории функций комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория пределов.
Электромагнитное поле	Криволинейный и кратный интегралы. Конформные изображения. Основы векторного анализа и теории поля. Поток и циркуляция вектора. Градиент, дивергенция, ротор. Теоремы Остроградского-Гаусса и Стокса. Оператор Гамильтона. Уравнение Пуассона и Лапласа. Цилиндрические и сферические координаты.

11.2. Логические связи курса ТОЭ с курсом «Физика»

Раздел ТОЭ	Необходимые разделы физики
Линейные электрические цепи постоянного тока	Понятие об электрическом токе, потенциале, напряжении, ЭДС, сопротивлении. Законы Кирхгофа. Закон Ома. Закон Джоуля-Ленца.
Линейные электрические цепи синусоидального тока	Явление электромагнитной индукции. ЭДС электромагнитной индукции. Принцип Ленца. Собственная и взаимная индуктивности. Энергия магнитного поля катушки. Понятие о вихревых токах. Гармонические колебания. Колебательный контур. Свободные и вынужденные колебания. Добротность контура. Резонанс напряжений и резонанс токов.
Нелинейные электрические и магнитные цепи	Зависимость сопротивления проводника от температуры. Вольтамперные характеристики электронных приборов. Сегнетоэлектрики. Основные сведения о магнитном поле. Напряженность поля и магнитная индукция. Магнитный поток. Магнитные свойства вещества. Намагниченность. Гистерезис. Магнитная проницаемость и восприимчивость. Магнитотвердые и магнитомягкие материалы.
Стационарное электрическое поле	Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Графическое изображение полей. Ортогональность силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Теорема Гаусса в интегральной форме. Потенциал и напряжение в электростатическом поле. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Условие потенциальности электростатического поля в интегральной форме. Электростатическое поле в диэлектриках. Явление поляризации. Вектор поляризации. Диэлектрические проницаемость и восприимчивость вещества. Вектор электрического смещения и его связь с вектором напряженности электрического поля и вектором поляризации. Электрическая емкость. Расчет электрической емкости плоского конденсатора. Энергия электростатического поля. Пондермоторные силы в электростатическом поле. Выражение силы, действующей на заряженное тело, через производную энергии по координате. Расчет силы притяжения пластин плоского конденсатора. Электрический ток. Плотность тока. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Сторонняя напряженность и сторонние силы. Поле сторонних сил. Электродвижущая сила как циркуляция вектора сторонней напряженности.
Стационарное магнитное поле	Законы Ампера и Био-Савара-Лапласа. Силовые линии поля. Правило правого винта. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля. Закон полного тока. Принцип непрерывности магнитного потока. Распределение энергии в магнитном поле.
Переменное электромагнитное поле	Расчет силы взаимодействия двух параллельных проводников с токами. Понятие о токе смещения. Первое и второе уравнения Максвелла в интегральной форме. Понятие об электромагнитных волнах. Скорость волны. Перенос энергии электромагнитной волной.

Технологическая карта дисциплины

Семе-стр	Шифр блока	Лекции	Практические занятия	Лабораторные занятия	Расчетно-графические работы	Рубежный контроль
шифр	часы	шифр	часы	шифр	часы	шифр	сам. раб, час	неделя	рейтинг модуля	текущий рейтинг
ауд.	сам.	ауд.	сам.	ауд.	сам.
3	М1.1	Л1.1–Л1.6	12	6	П1.1-П1.3	6	2	ЛР1.1–ЛР1.4	8	7	РГР1.1	12	8	27	27
М1.2	Л1.7–Л1.13	14	6	П1.4-П1.6	6	2	ЛР1.5–ЛР1.7	6	6	РГР1.2	12	14	20	47
М1.3	Л1.14–Л1.15	4	2	П1.7-П1.8	4	2	ЛР1.8–ЛР1.9	4	4			16	7	54
М1.4	Л1.16–Л1.18	6	2	П1.9	2	2				РГР1.3	12	18	6	60
Всего, час.	36	16		18	8		18	17		36
4	М2.5	Л2.1–Л2.2	4	2	П2.1	2	2	ЛР2.1	2	2	РГР2.1	10	4	13	13
М2.6	Л2.3–Л2.5	6	2	П2.2	2	2	ЛР2.2	2	2	6	7	20
М2.7	Л2.6–Л2.7	4	2	П2.3	2	2	ЛР2.3–ЛР2.4	4	2			8	7	27
М2.8	Л2.8–Л2.11	8	2	П2.4-П2.5	4	2	ЛР2.5	2	1	РГР2.2	10	12	14	41
М2.9	Л2.12–Л2.13	4	4									14	6	47
М2.10	Л2.14–Л2.18	10	6	П2.6-П2.9	8	2	ЛР2.6-ЛР2.9	8	6	РГР2.3	10	18	13	60
Всего, час.	36	14		18	10		18	13		30
Всего на дисциплину, час.	72	30		36	18		36	30		66