|
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины специалист приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2 и Ц3 основной образовательной программы «Электроника и автоматика физических установок».
Дисциплина «Основы теории электрических цепей» (ОТЭЦ) занимает промежуточное место между общеинженерными и специальными дисциплинами. при её изучении предполагается знание студентами основных разделов курсов общей физики (электричество, магнетизм), высшей математики (матрицы, векторная алгебра, дифференциальные уравнения, функции комплексного переменного, ряды Фурье, преобразования Фурье и Лапласа), информатики. ОТЭЦ является одной из базовых дисциплин для профессиональной подготовки инженеров по специальности 140306«Электроника и автоматика физических установок».
Цель изучения дисциплины заключается
- в овладении принципами построения электродинамических и схемных моделей электротехнических устройств и методами их анализа, синтеза, диагностики и идентификации,
- в приобретении студентами знаний и навыков, необходимых для успешного освоения специальных дисциплин,
- в развитии творческих способностей и умения самостоятельно решать инженерные проблемы в рамках будущей специальности, повышать свой профессиональный уровень.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Основы теории электрических цепей» относится к базовым дисциплинам профессионального цикла (С3.Б14) основной образовательной программы по специальности 140801 «Электроника и автоматика физических установок».
Дисциплина опирается на материал следующих дисциплин, читаемых студентам физико-технического института:
- математика (С2.Б1);
- информатика (С2.Б2);
- математическое моделирование (С2.Б6);
- теория вероятностей и математическая статистика (С2.В1);
- метрология и обработка результатов измерений (С3.Б5).
Изучение дисциплины «Основы теории электрических цепей» необходимо для освоения следующих учебных дисциплин:
- автоматизированные системы управления и их применение в атомной промышленности (С3.Б22);
- телеконтроль и телеуправление (С3.Б23);
- методы контроля технологических переменных ядерных энергетических установок (С3.Б1.3).
- методы контроля технологических переменных в производствах ядерного топливного цикла (С3.Б2.3).
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
знать:
- терминологию, основные понятия и определения;
- уравнения электромагнитного поля (постулаты Максвелла),
- законы электрических и магнитных цепей,
- принципы построения эквивалентных схем устройств на основе базового набора схемных элементов;
- основные методы расчета статических и динамических режимов цепи и получения внешних характеристик в частотной и временной областях;
- типовые пакеты прикладных программ для анализа электрических схем;
- технические мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации электротехнических устройств;
уметь:
- составить расчетную схему (схему замещения) устройства, выбрать
оптимальный метод расчета применительно к линейным и нелинейным цепям с сосредоточенными и распределенными параметрами и «ручным» способом провести ее предварительный анализ;
- проанализировать режим цепи с использованием прикладных программ и дать интерпретацию полученных результатов;
- использовать полученные знания при освоении учебного материала последующих дисциплин.
владеть (методами приемами)
- методами планирования и обработки результатов расчета электрических цепей;
- методами исследования систем автоматического управления, подверженных влиянию случайных воздействий.
В процессе освоения дисциплины у студентов приобретаются знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы:
Профессиональные:Р9, Р10, Р15.
4. 
Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины:
Раздел 1 Способы описания электромагнитных явлений (4 часа)
Лекция 1. Уравнения электромагнитного поля. Понятие об электрическом токе
Лекция 2. Основные понятия и законы электрической цепи
Раздел 2. Электрические воздействия и сигналы (4 часа)
Лекция 3. Гармонические воздействия и способы их описания
Лекция 4. Периодические негармонические и непериодические воздействия и способы их описания
Раздел 3. Элементы электрических цепей (8 часов)
Лекция 5. Источники напряжения и тока
Резистивные элементы в электрической цепи
Лекция 6. Индуктивные элементы в электрической цепи
Емкостные элементы в электрической цепи
Лекция 7. Индуктивно связанные элементы
Активные элементы в электрической цепи
Лекция 8. Преобразователи сопротивлений и проводимостей пассивных элементов
Раздел 4. Расчет электрических цепей в стационарном режиме (6 часов)
Лекция 9. Расчет цепей синусоидального переменного тока по мгновенным значениям. Расчет цепей синусоидального переменного тока по комплексным значениям. Энергия и мощность в электрических цепях Лекция 10. Расчет цепей при несинусоидальном периодическом напряжении.
Лекция 11. Резонансы в электрических цепях
Раздел 5. Методы расчета сложных электрических цепей (6 часов)
Лекция 12. Топология электрических цепей и их эквивалентные преобразования. Расчет электрических цепей по законам Кирхгофа
Лекция 13. Расчет электрических цепей методом узловых напряжений.
Метод двух узлов
Лекция 14. Расчет электрических цепей методом контурных токов.
Метод наложения
Раздел 6. Трехфазные цепи (4 часа)
Лекция 15. Трехфазные цепи при соединении звездой
Лекция 16. Трехфазные цепи при соединении треугольником
Раздел 7. Электрические цепи в нестационарном режиме (4 часа)
Лекция 17. Расчет переходных процессов по мгновенным значениям
Лекция 18. Расчет переходных процессов по комплексным значениям
4.2 Структура дисциплины «Основы теории электрических цепей» по разделам, формам организации и контроля обучения приводиться в таблице 1.
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
№ | Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Итого | Формы текущего контроля и аттестации | ||
Лекции | Практ. зан. | Лаб. зан. | |||||
1. | Способы описания электромагнитных явлений | 4 | 4 | 2 | 10 | Устный отчет | |
2. | Электрические воздействия и сигналы | 4 | 4 | 2 | 8 | 18 | Промежуточный отчет |
3. | Элементы электрических цепей | 8 | 8 | 6 | 12 | 34 | Отчеты по лабораторным работам |
4. | Расчет электрических цепей в стационарном режиме | 6 | 6 | 6 | 10 | 28 | Отчеты по лабораторным работам |
5. | Методы расчета сложных электрических цепей | 6 | 6 | 6 | 10 | 38 | Отчеты по лабораторным работам |
6. | Трехфазные цепи | 4 | 4 | 12 | 22 | 42 | Отчеты по лабораторным работам |
7. | Электрические цепи в нестационарном режиме | 4 | 4 | 4 | 8 | 20 | Отчеты по лабораторным работам |
Итого | 36 | 36 | 36 | 90 | 198 |
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины приводиться в таблице 2.
Таблица 2
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№ | Формируемые компетенции | Разделы дисциплины | ||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
1. | З.9.7 | + | + | + | ||||
2. | З.10.11 | + | + | + | ||||
3. | З.15.6. | + | + | |||||
4. | У.9.7 | + | + | + | ||||
5. | У.10.11 | + | + | + | ||||
6. | У.15.6. | + | + | + | ||||
7. | В.9.7 | + | + | + | ||||
8. | В.10.11 | + | + | + | ||||
9. | В.15.6. | + | + | + |
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности специалистов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице (таблица 3).
Таблица 3
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | Тр.*, Мк** | СРС |
IT-методы | ||||
Работа в команде | + | |||
Саsе-study | ||||
Игра | ||||
Методы проблемного обучения | + | |||
Обучение на основе опыта | + | |||
Опережающая самостоятельная работа | + | |||
Проектный метод | ||||
Поисковый метод | + | |||
Исследовательский метод | + |
* - Тренинг, ** - мастер-класс.
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
- изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
- самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
- закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (СРС)
6.1 Текущая самостоятельная работа студента, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений, осуществляется при проработке материалов лекций и соответствующей литературы, выполнение индивидуальных заданий, подготовке к рубежному и итоговому контролям, подготовке к выполнению лабораторных работ, их выполнению и написанию отчетов.
Для улучшения качества и эффективности самостоятельной работы студентов предлагаются методическое пособие по курсу, методические указания к лабораторным работам и индивидуальному заданию, списки основной и дополнительной литературы. Все методические материалы предоставляются как в печатном, так и в электронном видах.
Текущая и опережающая СРС, заключается в:
- работе студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме выпускной квалификационной работы,
- переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,
- изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,
- подготовке к экзамену.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа, направленная на развитие интеллектуальных умений, комплекса профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов заключается в
- анализе научных публикаций по каждому разделу курса их структурированию и представлении материала для презентации на рубежном контроле, а также анализе статистических и фактических материалов;
- поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований;
- анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов;
- выполнении расчетно-графических работ;
- исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах.
6.3 Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований:
- разработка методик оценки параметров алгоритмов сглаживания сигналов с датчиков технологических переменных;
- определение вида и параметров динамических моделей стационарных технологических объектов управления, в режиме их нормального функционирования, с использованием статистических характеристик случайных процессов;
- разработка регрессионных статических моделей многомерных технологических объектов;
- разработка методов анализа систем автоматического управления, подверженных влиянию случайных воздействий.
2. Темы индивидуальных заданий:
- проверить гипотезу о нормальном законе распределения заданной выборки независимых наблюдений;
- рассчитать коэффициент экспоненциального сглаживания для заданного тренда технологической переменной;
- построить регрессионную модель технологического объекта управления для заданного набора значений факторов и реакций ТОУ.
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
В разделе "Экспериментальное определение оценок статистических характеристик случайных величин, систем случайных величин, случайных процессов" на самостоятельное изучение выносятся вопросы:
– погрешности определения автокорреляционной и взаимнокорреляционной функций стационарных эргодических процессов, которые изучаются по литературе:
o Прикладной анализ случайных данных. М.. Мир, 1989. – 540с.
o Реймаров переработка информации в АСУ ТП. Учебно-методическое пособие. М., Цнииатоминформ, 1980.– 95 с.
В разделе "Статистические методы построения динамических моделей промышленных объектов" на самостоятельное изучение выносится вопрос:
- "идентификация с помощью альбомов типовой идентификации линейных объектов", который изучаются по литературе:
o и др. Типовые линейные модели объектов управления. Под ред. . М., Энергоатомиздат, 1983. – 264 с.
o и Чадеев моделей процессов производства. М., Энергия, 1975.
В разделе "Статистические методы планирования экспериментов" самостоятельно изучается вопрос:
- "задачи и методы статической оптимизации технологических процессов" по литературе:
o , Статюха эксперимента в химической технологии. Киев, “Вища школа”, 1976. – 183 с.
o , , Потяженко эксперимента при оптимизации процессов химической технологии. Киев, “Вища школа”, 1980. – 263с.
6.4 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
Формы контроля со стороны преподавателя включают:
- контрольные работы по результатам изучения каждого раздела курса;
- индивидуальные задания;
- лабораторные занятия;
- экзамен.
6.5 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Учебные и методические пособия, справочники:
. , , . Основы теории цепей.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 528 с.
2. . Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Высшая школа, 1996.- 638 с.
3. , ., ., . Теоретические основы электротехники: В 3 томах.-СПб.: Питер, 2003.- 463 с.
4. Ю. А. бычков, , . Основы теории электрических цепей: Учебник для вузов. – СПб.: Издательство «Лань». 2002.– 464 с.
Internet-ресурсы:
1. http://www. google. com/patents
2. http://scholar. google. com/
3. http://www. ribk. net/
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Средства (ФОС) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов включают: защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам; контрольные работы на лекционных занятиях, завершающих изучение раздела. Итоговый (промежуточный) контроль – экзамен.
7.1 Вопросы текущего контроля
1. Законы Кирхгофа.
2. Метод наложения.
3. Принцип взаимности.
4. Теорема компенсации.
5. Метод контурных токов.
6. Метод узловых потенциалов.
7. Теорема об эквивалентном генераторе.
8. Получение синусоидального тока.
9. Представление синусоиды в виде вращающегося вектора.
10. Среднее и действующее значение синусоидального тока.
11. Мощность.
7.2. Вопросы выходного контроля
1. Векторная диаграмма.
2. Символический метод.
3. Цепи со взаимной индуктивностью.
4. Развязка индуктивной связи.
5. Резонанс.
6. Получение трехфазного тока.
7. Мощность трехфазной цепи.
8. Понятие о методе симметричных составляющих.
9. Асинхронный двигатель.
10. Цепи с несинусоидальными токами и напряжениями.
11. Действующее и среднее значение тока и напряжения цепи несинусоидального тока.
12. Мощность цепи несинусоидального тока.
13. Высшие гармоники в трехфазных цепях.
14. Четырехполюсники.
15. Электрические фильтры.
ПРИМЕРЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ
Экзаменационный билет № 1
По дисциплине Электротехника и электроника
Факультет Физико-технический
Курс 3
1 Понятие электрического заряда (определения, единицы измерения, виды). Понятие электрического тока (определение, сила тока, единицы измерения тока, направление тока). Условия существования электрического тока.
2 Резонанс напряжений (определение, причины возникновения). Условие возникновения резонанса напряжений.
3 Понятие логического элемента. Понятие ТТЛ-логики.
4 С помощью законов Кирхгофа рассчитать цепь постоянного тока.
5 Методом контурных токов рассчитать цепь переменного тока.
Составил Профессор каф. ЭСиЭ ЭНИН_______________
Утверждаю: заведующий кафедрой ЭАФУ
«__» _____ 200_ г.
Экзаменационный билет № 3
По дисциплине Электротехника и электроника
Факультет Физико-технический
Курс 3
1 Понятие ЭДС (понятие сторонних сил, определение ЭДС, единицы измерения ЭДС). Направление ЭДС. Направление тока через источник ЭДС.
2 Трансформатор. Принцип действия. Связь токов и напряжений с количеством витков в обмотках. Применение трансформатора для передачи электроэнергии.
3 Определение биполярного транзистора. УГО транзистора. Принцип действия биполярного транзистора.
4 Методом узловых потенциалов рассчитать цепь постоянного тока.
5 Методом наложения рассчитать цепь переменного тока.
Составил Профессор каф. ЭСиЭ ЭНИН_______________
Утверждаю: заведующий кафедрой ЭАФУ
«__» _____ 200_ г.
Экзаменационный билет № 5
По дисциплине Электротехника и электроника
Факультет Физико-технический
Курс 3
1 Понятие электрической цепи. Основные элементы электрической цепи. Понятие электрической схемы.
2 Двигатель переменного тока. Понятие синхронного и асинхронного двигателя переменного тока.
3 Основные схемы включения биполярного транзистора.
4 Методом эквивалентного генератора найти ток в любой ветви цепи постоянного тока, не содержащей источник тока.
5 С помощью законов Кирхгофа рассчитать цепь переменного тока.
Составил Профессор каф. ЭСиЭ ЭНИН_______________
Утверждаю: заведующий кафедрой ЭАФУ
«__» _____ 200_ г.
Экзаменационный билет № 7
По дисциплине Электротехника и электроника
Факультет Физико-технический
Курс 3
1 Понятие сопротивления, понятие проводимости. Формула для определения сопротивления металлических проводников. Понятие линейного сопротивления и линейной электрической цепи.
2 Понятие линейных и нулевых проводов. Связь между линейными и фазными токами при различных типах соединения обмоток генератора и нагрузки.
3 Понятие триггера. Пояснить принцип действия RS-триггера. Таблица истинности RS-триггера.
4 Методом контурных токов рассчитать цепь постоянного тока
5 Методом узловых потенциалов рассчитать цепь переменного тока
Составил Профессор каф. ЭСиЭ ЭНИН_______________
Утверждаю: заведующий кафедрой ЭАФУ
«__» _____ 200_ г.
Эти средства в целом позволяют однозначно оценить степень усвоения теоретических и фактических знаний; приобретенные студентами практические умения на репродуктивном уровне и когнитивные умения на продуктивном уровне; а также профессиональные компетенции студентов.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Используемые информационные продукты
1. Ефремов и электроника [Электронный ресурс] – Курс лекций, 2008. Режим доступа: http://www. e-le. lcg. tpu. ru/.
2. Программный пакет Electronics Workbench.
Рекомендуемая литература
Основная учебная литература
1 Основы теории цепей: Учебник для вузов / , , . – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528с.: ил.
2 Электричество: учебное пособие / . - М. : Наука, 1985. – 576с.
3 Бессонов основы электротехники. Электрические цепи: учебник / . – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Гардарики, 2007. – 701с.: ил.
4 , Гусев : Учеб. пособие для приборостроит. спец. Вузов. – 2-е изд, перераб. и доп. – М.: Высш. шк. 1991. – 622с.: ил.
5 Лачин ёлов : Учеб. пособие /, ёлов. – 5-е изд., перераб и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 704с.
Дополнительная учебная литература
6 Белецкий линейных электрических цепей: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1986 – 544с.: ил.
7 Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1. – 4-е изд. / , , . – СПб.: Питер, 2003 – 463с.: ил.
8 Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993. – 367с.: ил.
9 Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. – М.: Мир, 1982 – 512с.: ил.
10 Электроника в вопросах и ответах: Пер. с польск. / Под ред. . – М.: Радио и связь, 1984. – 304с.: ил.
9. 
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Технические средства обеспечения освоения дисциплины:
Компьютерный класс на 8-10 рабочих мест со следующим установленным программным обеспечением: Microsoft Word 2007; Microsoft Excel 2007; Matlab R2008.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ОС ФГБОУ по специальности 140801 «Электроника и автоматика физических установок»
Программа одобрена на заседании кафедры «Электрических сетей и электротехники» ЭНИН
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор:
Профессор каф. ЭСиЭ ЭНИН_______________
Рецензент(ы)______________