Учебная программа

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 4

1. Цели и задачи дисциплины.. 4

2. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины.. 5

3. Объем дисциплины и виды учебной работы.. 6

4. Содержание дисциплины.. 7

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий. 7

4.2. Содержание разделов дисциплины.. 7

5. Лабораторный практикум. 9

6. Практические занятия. 9

7. Внеаудиторная самостоятельная работа. 10

7.1. Расчетно-графическая работа. 10

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.. 10

8.1. Рекомендуемая литература. 10

8.1.1. Основная литература. 10

8.1.2. Дополнительная литература. 11

8.2. Средства обеспечения усвоения дисциплины.. 10

9. Материально - техническое обеспечение дисциплины.. 12

ВВЕДЕНИЕ

Учебная программа составлена в соответствии с требованиями к уровню подготовки дипломированного специалиста по дисциплинам, дополняющим федеральные дисциплины ГО ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста 200100 – Приборостроение по специальности 200103 – Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы

Основные сведения о дисциплине

Компонент ГОС	Наименование цикла, в который входит дисциплина	Семестры	Всего (час.)	Аудит. (час.)	Образовательная программа	Вид итогового контроля
Вид	Срок обучения (лет)
Национально-региональный	ЕН	5	100	40	полная	5	зачет

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является формирование у студентов системы знаний в области теории электромагнитных полей, создание основы электротехнического образования и базы для восприятия и изучения совокупности средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на исследование, разработку и применение техники, машин, конструкций, приборов, технических систем и технологий.

Предметом дисциплины является изучение как с количественной, так и с качественной сторон электромагнитных процессов, происходящих в распределенных и сосредоточенных электротехнических системах при прохождении через них различных электрических сигналов.

Основная задача изучения дисциплины «Теория нелинейных электрических и магнитных цепей» состоит в изучении одной их форм материи – электромагнитного поля и его проявлений в различных устройствах техники с учетом нелинейности основных элементов, усвоении современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов анализа, синтеза и расчета нелинейных электрических и магнитных цепей, значение которых необходимо для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности.

Решаемые задачи:

-  образовательная – освоение теоретических основ и получение практических навыков по анализу и расчёту электромагнитных полей, анализу, расчёту и эксплуатации электромагнитных устройств, электронных устройств, приобретение знаний, необходимых для изучения специальных дисциплин;

-  развивающая – развитие инженерного мышления, необходимого студенту при использовании полученных знаний для решения задач будущей специальности;

-  воспитательную – формировать на основе этих знаний естественно-научное мировоззрение, развивать способность к познанию и культуру мышления.

-   

Мeстo дисциплины в учебном процессе:

-  дисциплина опирается на базовые знания, полученные студентами при изучении дисциплин высшей математики (тригонометрии, дифференциальные уравнения, векторный анализ), физики (электричество и магнетизм), информатики

-  знания и умения, полученные студентами в результате изучения дисциплины, в дальнейшем служат фундаментом при изучении специальных дисциплин.

-   

Программа предусматривает лекционные, практические, лабораторные занятия, самостоятельную работу, зачет. Процесс обучения включает использование студентами ПК.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ УСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

После изучения дисциплины студент должен:

иметь представление:

– о фундаментальных положениях электротехники;

– важнейших свойствах и характеристиках нелинейных электрических цепей;

– важнейших свойствах и характеристиках магнитных цепей;

– методах расчета нелинейных цепей во временной области;

знать:

– теорию нелинейных электрических и магнитных цепей;

– элементы нелинейных электрических цепей и их модели при различных сигналах;

– элементы линейных и нелинейных магнитных цепей и их модели;

– методы расчета нелинейных цепей;

уметь:

– проводить расчет нелинейных электрических цепей в стационарном и нестационарном режимах,

– расчет магнитных цепей в стационарном режиме;

– анализ реакции нелинейной цепи на воздействие электрических сигналов.

иметь навыки:

– создания физических моделей электронных устройств и их экспериментального исследования;

– составления структурных топологических моделей (схем замещения) для электрических и магнитных цепей электромагнитных систем, а также электротехнических устройств;

– обработки результатов эксперимента;

– работы с вычислительной техникой для решения рассматриваемого круга задач;

– использования прикладных программ по моделированию и расчету электрических и магнитных цепей.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Виды учебной работы	Всего часов	Семестр
5
Общая трудоемкость дисциплины	100	100
Аудиторные занятия	40	40
Лекции	22	22
Практические занятия	10	10
Лабораторные работы	8	8
Самостоятельная работа студентов	60	60
Другие виды самостоятельной работы	60	Расчетно-графическая работа
Вид итогового контроля	-	зачет

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№	Наименования разделов дисциплины	Лекции (час.)	Практические занятия (час.)	Лабораторные работы (час.)	Самостоятельная работа студентов (час.)
1.	Введение. Основные понятия теории нелинейных электрических и магнитных цепей	1
2.	Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе	3	2	2	10
3.	Линейные и нелинейные магнитные цепи	2	2		5
4.	Расчет нелинейных резистивных цепей на переменном токе. Цепи с диодами и стабилитронами.	4	2	2	15
5.	Расчет нелинейных реактивных цепей на переменном токе. Катушка с ферромагнитным сердечником. Нелинейный конденсатор.	4	2	2	20
6.	Метод эквивалентных синусоид. Расчет нелинейных цепей по действующим значениям тока и напряжения.	2	2	2	10
7.	Переходные процессы в нелинейных цепях.	3
8.	Устойчивость и автоколебания в нелинейных цепях.	2
9.	Заключение. Контрольное занятие	1
ВСЕГО:	22	10	8	60

4.2. Содержание разделов дисциплины

4.2.1. Введение.

Понятие об элементах и свойствах нелинейных цепей. Классификация нелинейных элементов: двухполюсники и многополюсники, активные и пассивные элементы, реактивные нелинейные элементы, инерционные и безынерционные элементы. Характеристики нелинейных элементов и их кусочно-линейная аппроксимация; статические и дифференциальные параметры.

4.2.2 Методы расчета нелинейных электрических цепей при постоянных токах.

Графические, графоаналитические и численные методы расчета при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов. Расчет сложных нелинейных цепей.

4.2.3 Магнитные цепи при постоянных потоках.

Основные законы магнитной цепи. Аналогия уравнений магнитных и электрических нелинейных цепей. Расчет неразветвленных и разветвленных магнитных цепей. О расчете магнитных цепей с постоянными магнитами.

4.2.4. Расчет нелинейной цепи переменного тока.

Особенности периодических режимов в нелинейных цепях. Высшие гармоники. Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа линейных и нелинейных цепей.

Цепи с вентильными преобразователями: диодами и стабилитронами.

Цепи с нелинейными индуктивностями - катушками с ферромагнитным сердечниками. Метод эквивалентных синусоид. Эквивалентные параметры и схемы замещения катушки и трансформатора.

Цепи с нелинейными конденсаторами.

Резонансные явления в нелинейных цепях. Феррорезонанс напряжения и тока.

4.2.5 Переходные процессы в нелинейных электрических цепях и методы их расчета: аналитические и численные.

Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа линейных и нелинейных цепей в переходном режиме.

Идеи линеаризации. Методы кусочно-линейной аппроксимации, условной линеаризации, итерационные, аналитические методы.

4.2.6 Устойчивость и автоколебания.

Вопросы устойчивости колебательного режима в цепях, содержащих линейные реактивные элементы и нелинейное сопротивление с падающими участками характеристики.

Особенности колебательных процессов в нелинейных электрических цепях. Релаксационные колебания в цепи с отрицательным сопротивлением.

4.2.7 Заключение.

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№	Наименования разделов дисциплины	Наименования лабораторных работ	Затраты времени (час.)
1.	Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе.	Исследование электрических цепей с нелинейными резистивными элементами	4
2.	Расчет нелинейных резистивных цепей на переменном токе. Цепи с диодами и стабилитронами.
3.	Расчет нелинейных реактивных цепей на переменном токе. Катушка с ферромагнитным сердечником.	Исследование катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником	4
4.	Метод эквивалентных синусоид. Расчет нелинейных цепей по действующим значениям тока и напряжения.

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

№	Наименования разделов дисциплины	Наименования практических занятий	Затраты времени (час.)
1.	Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе.	Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе. Графический метод. Аналитический метод.	2
2.	Расчет магнитных цепей при постоянных потоках.	Расчет неразветвленных линейных и нелинейных магнитных цепей. Решение прямой и обратной задачи расчета.	2
3.	Расчет нелинейных резистивных цепей на переменном токе.	Расчет цепей с диодами и стабилитронами на переменном токе.	2
4.	Расчет нелинейных реактивных цепей на переменном токе. Катушка с ферромагнитным сердечником. Нелинейный конденсатор.	Расчет цепей с нелинейными катушками индуктивности и нелинейными конденсаторами на переменном токе при кусочно-линейной аппроксимации рабочих характеристик.	2
5.	Метод эквивалентных синусоид. Расчет нелинейных цепей по действующим значениям тока и напряжения.	Расчет катушек с ферромагнитным сердечником по методу эквивалентных синусоид. Феррорезонанс напряжений.	2

7. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

Внеаудиторная самостоятельная работа студента включает в себя выполнение расчетно-графической работы, оформление отчетов к лабораторным работам и решение задач по разделам изучаемой дисциплины.

7.1. Расчетно-графическая работа

№	Темы расчетно-графической работы	Форма представления результатов решения задач	Затраты времени (час.)
1.	Расчет нелинейных цепей постоянного тока	Раздел пояснительной записки (объемом не более 3 стр.)	10
2.	Расчет нелинейных цепей с диодами и стабилитронами на переменном токе.	Раздел пояснительной записки (объемом не более 5 стр.)	15
3.	Расчет электрических цепей с нелинейными реактивными элементами.	Раздел пояснительной записки (объемом не более 6 стр.)	20
4.	Расчет нелинейной магнитной цепи.	Раздел пояснительной записки (объемом не более 5 стр.)	15

8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Рекомендуемая литература

8.1.1. Основная литература

1.  Бессонов основы электротехники. Электрические цепи: [учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", "Электроэнергетика", "Приборостроение" ] / - Москва: Гардарики, 2, [2] с.

2.  Теоретические основы электротехники: Учеб. для вузов / [и др.] - СПб: Питер, 2003-. Тс.

3.  Бессонов основы электротехники. Электромагнитное поле: [учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалиcтов "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и "Электроэнергетика]" - Москва: Гардарики, 2с.

8.2. Средства обеспечения усвоения дисциплины

8.2.1. При изучении курса по рекомендации преподавателя студенты могут пользоваться учебной, научной и справочной литературой (в том числе, отражающей ГОСТы и ЕСКД).

8.2.1. При изучении курса по рекомендации преподавателя студенты могут пользоваться учебной, научной и справочной литературой (в том числе, отражающей ГОСТы и ЕСКД).

8.2.2. В процессе выполнения внеаудиторной работы предусмотрено использование Интернет-системы дистанционного обучения электротехнике «ЭДО», интегрированной в сайт кафедры ТОЭ http://toe. ugatu. *****, элементы которой входят в "Каталог программ, рекомендованных научно-методическим советом по электротехнике и электронике Министерства образования и науки Российской Федерации".

Интернет-система дистанционного обучения электротехнике «ЭДО» предоставляет следующие средства усвоения дисциплины:

- доступ к учебной программе дисциплины;

- гипертекстовый доступ к электронным версиям учебных пособий, методических указаний и сборников задач, разработанных преподавателями кафедры ТОЭ;

- возможность автоматизированной проверки студентами индивидуальных заданий в рамках решения расчетно-графической работы и домашних заданий

- возможность студентами получить контекстную подсказку при решении индивидуальных заданий

- возможность преподавателю отслеживать ход выполнения студентами индивидуальных заданий в режиме реального времени с помощью электронного журнала.

8.2.3. В процессе выполнения аудиторной и внеаудиторной работы, выполнения расчетно-графической работы предусмотрено использование пакетов прикладных программ Matcad, Electronics Workbench 5.12, GAUSS.

При изучении дисциплины предусматривается лекционное изложение курса, самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями, лабораторные работы, практические занятия, выполнение расчетно-графической работы, консультации по курсу.

В процессе изучения дисциплины предусматривается текущий контроль по каждому практическому занятию и рубежный контроль в виде защиты расчетно-графической работы. Сроки проведения контроля и выполнения расчетно-графической работы оговариваются в календарных планах занятий.

Завершающим этапом изучения курса является зачет.

9. МАТЕРИАЛЬНО - ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Выполнение лабораторных работ по дисциплине осуществляется в специализированной лаборатории филиала в г. Кумертау на стендах типа «Квазар», оснащенных необходимой контрольно - измерительной аппаратурой и макетами исследуемых устройств. Всего в лаборатории могут одновременно выполнять работы 4 студенческие бригады.