Рабочая программа учебной дисциплины «Теоретическая электротехника» (стр. 1 )

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Согласовано		Утверждаю
Руководитель ООП по направлению 220400 зав. кафедрой САиУ		Зав. кафедрой ЭЭЭ профессор

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

Направление: 220400 - «Управление в технических

системах»

Профиль: «Информационные технологии

в управлении»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Составитель: ст. преподаватель

Санкт-Петербург

2012

1 Цели и задачи дисциплины

Дисциплина "Теоретическая электротехника" (ТЭ) в системе подготовки специалиста составляет основу теоретической подготовки; предназначена для изучения теоретических основ анализа электротехнических явлений. Совместно с курсами высшей математики, теории поля, физики и уравнений математической физики дисциплина ТЭ играет роль фундаментальной базы, без которой не возможна деятельность специалистов по направлению информационных технологий. Дисциплина теоретическая электротехника необходима для изучения обще - профессиональных и специальных дисциплин, закладывает фундамент последующего обучения в магистратуре и аспирантуре.

Цель преподавания дисциплины – является формирование системы научных знаний в области ТЭ, а так же изучение основных вопросов теории электротехнических цепей в установившемся режиме; усвоение и понимание явлений, происходящих в линейных и нелинейных электрических цепях; умения ориентироваться в потоке научной и технической информации. Применять в будущей научно-исследовательской и проектно-производственной деятельности методы расчета и анализа электромагнитных процессов.

В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине. Результатом изучения курса теоретической электротехники у студентов является формирование системы научных знаний в области ТЭ и изучение основных вопросов теории электротехнических цепей в установившемся режиме; усвоение понимание явлений, происходящих в линейных и нелинейных электрических цепях и основных вопросов теории электромагнитного поля. При этом студент должен получить не только электротехнические знания, но и навыки их дальнейшего пополнения, научиться пользоваться современной научно-технической и справочной литературой, в том числе электронной.

Задачи дисциплины теоретическая электротехника:

· усвоение и понимание явлений, происходящих в линейных и нелинейных электрических цепях в установившемся и переходном режимах;

· овладение фундаментальными принципами и методами научных физических исследований,

· ознакомление и овладение современной научной аппаратурой и методами исследований, формирование навыков проведения физического эксперимента и умения оценить степень достоверности результатов, полученных в процессе экспериментального и теоретического исследований;

· овладение компьютерными технологиями для исследования электротехнических процессов

· формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира.

2 Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина "Теоретическая электротехника" является одной из основных дисциплин обще - профессионального цикла в структуре ООП, формирует навыки изыскательских, научно-исследовательских и производственных работ, является базой при изучении специальных дисциплин.

"Теоретическая электротехника " изучается студентами в течение 3-го и 4-го семестров.

Для изучения дисциплины необходимы знания следующих дисциплин и их разделов:

- по физике – электричество и магнетизм, колебания и волновое движение, физика твердого тела, физические величины и единицы их измерения;

- по высшей математике – дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциальные уравнения и методы их решения, операционное исчисление, ряды, функции комплексной переменной;

- по вычислительной математике и программированию – приближенные вычисления, численные методы решения;

- по вычислительной технике – основы программирования и функционирования ЭВМ;

- по основам метрологии и стандартизации – международную систему единиц (СИ), методы и средства измерения электрических и магнитных величин, условное графическое изображение электрических, магнитных и полупроводниковых элементов, схемы и их выполнение;

- по экономике – экономические критерии в электротехнике, повышение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности электротехнических устройств, надежность

3 Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины «Теоретическая электротехника» направлен на формирование следующих компетенций

общекультурными компетенциями (ОК):

ОК-1; ОК-6 ОК-7 ОК-9 ОК-10 ОК-12

профессиональными компетенциями (ПК):

ПК-2 ПК-3, ПК-4 ПК-5 ПК-9 ПК-10 ПК-19 ПК-20, ПК-21, ПК-27, ПК-28,

(указано в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 220400 «УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ», утвержденным приказом Министерства образования и науки РФ № 743 от 01.01.01)

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- методы расчета цепей постоянного и переменного тока;

- методы расчета цепей синусоидального тока;

- методы расчета индуктивно связанных цепей;

- методы расчета трехфазных цепей.

- методы расчета цепей при несинусоидальных периодических токах;

- методы расчета переходных процессов в линейных цепях;

- методы расчета стационарных и переходных процессов в нелинейных цепях.

- методы расчета нелинейных электрических цепей;

- методы расчета магнитных цепей;

- методы расчета электрических параметров элементов цепи;

– правила безопасной работы в учебно-научных лабораториях.

Уметь:

– применять полученные знания для изучения последующих дисциплин, использующих теорию электротехники;

– ориентироваться в справочной и электротехнической литературе;

– приобретать новые электротехнические знания, используя современные образовательные и информационные технологии;

– пользоваться современной научной аппаратурой для проведения инженерных измерений и научных исследований;

– в устной и письменной форме логически верно и аргументировано защищать результаты своих исследований.

Владеть:

- методами расчета цепей постоянного тока;

- методами расчета цепей синусоидального тока;

- методами расчета индуктивно связанных цепей;

- методами расчета трехфазных цепей.

- методами расчета цепей при несинусоидальных периодических токах;

- методами расчета переходных процессов в линейных цепях;

- методами расчета стационарных и переходных процессов в нелинейных цепях.

- методами расчета нелинейных электрических цепей;

- методами расчета магнитных цепей;

4 Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет _____7______ зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	семестры
3	4
Аудиторные занятия (всего)	104	52	52
В том числе:
Лекции	40	20	20
Практические занятия (ПЗ)	32	16	16
Лабораторные работы (ЛР)	32	16	16
Самостоятельная работа (всего)	148	74	74
В том числе:
Другие виды самостоятельной работы:
Оформление отчётов по лабораторным работам	20	10	10
Домашнее задание	40	20	20
Подготовка к экзамену, зачету (всего) в том числе:	88	44	44
самостоятельное изучение теории и методов расчета электрических процессов, методов теоретического и экспериментального исследования	40	20	20
изучение теории и методов при выполнении домашнего задания	16	8	8
изучение теории и методов при подготовке к практическим занятиям	10	5	5
изучение теории и методов при подготовке к защитам лабораторных работ	10	5	5
изучение теории и методов при подготовке к аудиторной контрольной работе	10	5	5
работа со справочной научно-технической литературой	2	1	1
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)		зачет	экзамен
Общая трудоемкость час зач. ед.	252	126	126
7	3,5	3,5

5.1 Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
Теоретическая электротехника ч. 1
1.	Линейные электрические цепи с источниками постоянного напряжения и тока	Электрические цепи и их основные элементы. Приемники электрической энергии и их графические изображения. Источники электрической энергии: источники тока и напряжения (ЭДС). Первый и второй законы Кирхгофа. Идеальные элементы и соотношения в них между током и напряжением. Особенности цепей постоянного тока. Законы Кирхгофа в цепях постоянного тока. Расчет цепей постоянного тока с одним источником. Расчеты сложных цепей постоянного тока Непосредственное применение законов Кирхгофа для расчета сложных цепей. Метод контурных токов. Метод узловых напряжений. Принцип наложения и основанный на нем метод расчета цепи с несколькими источниками энергии.
2.	Линейные электрические цепи с источниками гармонического напряжения и тока. Методы расчета. Резонансные процессы	Однофазный синусоидальный ток и основные характери­зующие его величины.. Средние и действующие значения синусоидальных ЭДС, напряжения и тока. Амплитуда, частота и фаза колебаний. Изображение синусоидальных величин вращающимися векторами. Векторные диаграммы. Разность фаз напряжения и тока. Первый и второй законы Кирхгофа в векторной форме.Элементы в цепи синусоидального тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением ак­тивного сопротивления, индуктивности и емкости. Полное, активное и реактивное сопротивления цепи. Цепи с параллельным соединением элементов. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности. Комплексный метод расчета электрических цепей. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Расчет сложных цепей синусоидального тока комплексным методом. Применимость методов расчета линейных цепей постоянного тока комплексных выражении синусоидальных токов и напряжений, сопротивлений и проводимостей. Резонанс при последовательном соединении элементов цепи (резонанс напряжений). Резонанс при параллельном соединении элементов цепи (резонанс токов). Индуктивно связанные элементы цепи..
3	Трехфазные цепи.	Трехфазная система ЭДС. Соединение обмоток трехфазного генератора «звездой» и «треугольником». Определение соотношения между линейными и фазными напряжениями. Расчет трехфазной цепи переменного тока при соединении фаз генератора и приемника энергии «звездой». Определение фазных напряжении и токов симметричного приемника при наличии нейтрального провода и без него. Векторные диаграммы. Расчет трехфазной цепи переменного тока при соединении фаз приемника энергии «треугольником». Определение фазных и линейных токов при симметричной и несимметричной нагрузках. Векторные диаграммы..Мощность симметричной и трехфазной цепи.
Теоретическая электротехника ч. 2
4.	Основы теории Четырехполюсников. Цепи с распределенными параметрами.	Условие физической реализуемости четырехполюсников. Системы уравнений и параметры четырехполюсников, эквивалентные схемы. Основные типы простых четырехполюсников Способы соединения четырехполюсников, параметры сложных четырехполюсников. Четырехполюсники с обратной связью. Временные характеристики параметрических четырехполюсников. Сосредоточенные и распределенные параметры цепей. Уравнения однородной длинной линии. Решение уравнений однородной линии для установившегося режима при постоянном напряжении. Волновое сопротивление и коэффициент распространения. Уравнения и графики напряжения и тока. Решение уравнений однородной линии для установившегося режима при синусоидальном напряжении. Неискажающая линия. Бегущие и стоячие волны в линии при синусоидальном напряжении. Коэффициенты отражения волны напряжения и волны тока. Согласование параметров линии и нагрузки. Линия без потерь. Образование стоячих волн при холостом ходе, коротком замыкании, а также при чисто реактивной нагрузке.
5.	Электрические цепи с периодическими несинусоидальными напряжениями и токами	Несинусоидальные периодические напряжения и токи, представление их в виде тригонометрического и комплексного рядов Фурье. Дискретные спектры. Действующие и средние значения несинусоидальных периодических напряжений и токов. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых. Мощность цепи при несинусоидальных напряжениях и токах. Расчет линейных цепей при несинусоидальных напряжениях и токах. Применение комплексного метода. Расчет комплексных сопротивлений, напряжений, токов для отдельных гармоник.
6.	Переходные процессы в линейных электрических цепях. Классический и операторный методы расчета переходных процессов в линейных электрических цепях.	Классический метод расчета переходных процессов в нелинейных электрических цепях. Общий путь расчета переходных процессов классическим методом. Переходные процессы в цепях с последовательным соединением элементов R, L и R, C при включении к источнику постоянного напряжения.. Переходный процесс при включении цепи с R, L и С на постоянное и синусоидальное напряжение. Операторный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Операторное изображение напряжений и токов как функций времени, их производных и интегралов. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Эквивалентные операторные схемы. Основные этапы расчета переходных процессов в линейных электрических цепях операторным методом. Переход от изображений к оригиналу. Теорема разложения.
7.	Нелинейные электрические и магнитные цепи при постоянном токе Нелинейные электрические и магнитные цепи переменного тока	Особые свойства нелинейных электрических цепей. Нелинейные элементы электрических цепей. Расчет электрической цепи постоянного тока при последовательном, параллельном и мешанном соединениях нелинейных элементов. Расчет электрических цепей, содержащих нелинейные элементы и источники ЭДС. Законы и параметры магнитных цепей. Схемы замещения магнитных цепей. Расчет магнитной цепи с последовательным соединением участков. Нелинейные элементы при переменных токах. Методы расчета нелинейных цепей переменного тока и их краткая характеристика. Форма кривой тока в катушке с ферромагнитным сердечником с учетом гистерезиса и насыщения при питании катушки от источника с синусоидальным напряжением. Потери в сердечниках из ферромагнитного материала. Эмпирическая формула для определения мощности потерь в стали на гистерезис и вихревые токи Порядок приближенного расчета тока катушки с ферромагнитным сердечником при заданном напряжении на ней, кривой намагничивания, геометрических размерах, числе витков. Эквивалентная схема и векторная диаграмма катушки с ферромагнитным сердечником. Явление феррорезонанса напряжений.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами