Программа курса (syllabus) По дисциплине «Электротехника»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К. И.САТПАЕВА

Институт Информационных и Телекоммуникационных Технологий

Кафедра Электротехники

ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)

По дисциплине «Электротехника»

Специальность: 5В072100 «Химическая технология органических веществ».

Всего  3 кредита

Курс  2

Семестр  1

Лекции  30 часов

Лабораторные занятия  15 часов

Рубежный контроль (количество)  2

СРО  45 часов

СРОП  45 часов

Всего аудиторных часов  45 часов

Всего внеаудиторных часов  90 часов

Трудоемкость  135 часов

Экзамен  1 семестр

Алматы 2014

Программа курса составлена д. т.н., проф., академиком НИА РК и МАЭН, на основании Госстандарта специальности 5В072100 «Химическая технология органических веществ».

Сведения о преподавателе:

– профессор, доктор технических наук, академик НИА РК и МАЭН, заведующий кафедрой Электротехники.

Образование: высшее, окончил Ленинградский электротехнический институт им. Ульянова (Ленина).

Стаж работы в КазНТУ свыше 49 лет. Преподает электротехнические дисциплины с 1977г. Им опубликовано свыше 100 учебно-методических работ, из них 8 учебников и учебных пособий, ПМО и электронный учебник по электротехнике.

Офис: кафедра Электротехники

Адрес: 480013, , ГМК ауд. 152

Тел.: [phone]

Факс:_____________

E-mail: *****@***ru

1. Цель изучения дисциплины

1.1 Цель дисциплины

Целью преподавания Электротехника (ЭТ) является теоретическая и практическая подготовка студентов неэлектротехнических специальностей в области теории электрических цепей в такой степени, чтобы будущий специалист мог выбрать необходимые электротехнические устройства, умел их правильно эксплуатировать и составлять технические задания на разработку электротехнического оборудования.

1.2 Задача изучения дисциплины

Задачей дисциплины «Электротехника» является сформировать у студентов минимально необходимые знания в области:

- электротехнических законов, методов анализа электрических и магнитных цепей;

- принципов действия, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных электротехнических и электроизмерительных приборов;

- электротехнической терминологии и символики.

а также умений и навыков:

- экспериментально определять параметры и характеристики типовых электротехнических устройств;

- производить измерения основных электрических величин и некоторых неэлектрических величин;

- включать электротехнические приборы, аппараты и машины, управлять ими и контролировать их эффективную и безопасную работу.

1.3. Пререквизиты: физика, математика.

1.4. Постреквизиты: приборостроение, измерительная техника.

2. Система оценки уровня знаний студентов

Согласно кредитным технологиям обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского Национального Технического Университета имени применяется рейтинговый контроль знаний студентов. Сведения об оценке знаний осуществляются по процентно-рейтинговой системе в виде шкалы, где указываются все виды контроля.

Распределение рейтинговых процентов по видам контроля

Таблица 1

№ вариантов	Вид итогового контроля	Виды контроля	%
1.	Экзамен	Итоговый контроль	100
Текущий контроль	100
Рубежный контроль	100

Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине «Электротехника»

Таблица 2

Недели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Виды контроля	-	ЛР №1	СР №1	ЛР №2	КР	ЛР №3	РК №1	ЛР №4	КР	ЛР №5	СР №2	ЛР №6	КР	ЛР №7	РК №2
Недельное кол-во контроля	-	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Виды контроля: ЛР – лабораторная работа; СР – самостоятельная работа; КР – контрольная работа; РК – рубежный контроль.

Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (Таблица 3).

Оценка знаний студентов

Таблица 3

Оценка	Буквенный эквивалент	Рейтинговый балл (в процентах %)	Рейтинговый балл (в баллах)
Отлично	А	95-100	4,00
А–	90-94	3,67
Хорошо	В+	85-89	3,33
В	80-84	3,00
В–	75-79	2,67
Удовлетворительно	С+	70-74	2,33
С	65-69	2,00
С–	60-64	1,67
D+	55-59	1,33
D	50-54	1,00
Неудовлетворительно	F	0-49	0,00

3. Содержание дисциплины

3.1. Тематический план курса

Таблица 4

Наименование темы	Количество академических часов
Лекция	Лабора-торные	СРОП	СРО
1	2	3	4	5	6
1	Электрические цепи постоянного тока. Основные определения, элементы и параметры электрических цепей. Положительные направления тока и напряжения. Источник ЭДС и источник тока. Пассивные элементы. Закон Ома. Линейные и нелинейные цепи.	2
2	І и ІІ законы Кирхгофа. Составление уравнений для расчета токов в схемах с помощью законов Кирхгофа. Потенциальная диаграмма. Метод пропорциональных величин. Энергетический баланс в электрических цепях. Преобразование электрических цепей.	2
3	Метод контурных токов. Составление уравнений и нахождение токов ветвей с помощью метода контурных токов. Преимущество этого метода. Метод узловых напряжений. Метод двух узлов. Использование принципа суперпозиции в методе наложения.	2	2	4	4
4	Метод эквивалентного генератора. Теорема Тевенина (активного двухполюсника). Применение метода эквивалентного генератора для расчета электрических цепей. Преимущество этого метода. Теорема Нортона.	2
5	Электрические цепи однофазного синусоидального тока. Основные понятия и определения. Способы представления синусоидально изменяющихся величин.	2	4	4
6	Резистивный элемент в цепи синусоидального тока. Закон Ома в комплексной форме. Векторная диаграмма. Мощности в такой цепи. Индуктивный элемент в цепи синусоидального тока. Закон Ома, векторная диаграмма. Мощности в цепи с L элементом.	2	4	4
7	Емкостной элемент в цепи синусоидального тока. Закон Ома, векторная диаграмма. Мощности в такой цепи. Последовательное соединение R, L, C элементов.	2	2	4	4
8	Резонанс напряжений. Условия резонанса напряжений. Резонансный, дорезонансный и послерезонансный режимы. Параллельное соединение R, L, C элементов в синусоидальной цепи.	2	2	4	4
9	Трехфазные цепи. Основные понятия и определения. Симметричная система фазных и линейных напряжений. Симметричная и несимметричная нагрузка трехфазной цепи. Трехфазная цепь, соединенная звездой и треугольником.	2	3	5	5
10	Переходные процессы в линейных цепях. Причины возникновения. Законы коммутации. Классический метод расчета.	2	2	5	5
11	Переходные процессы в цепи с RC элементами при постоянном напряжении на входе. Уравнение электрического состояния. График напряжений и токов.	2
12	Электрическая цепь с периодическими несинусоидальными токами и напряжениями. Анализ. Ряды Фурье. Расчет цепи с несинусоидальным током.	2	5	5
13	Фильтры частот. Полоса пропускания, задерживания. Низкочастотные и высокочастотные фильтры. Полосовые фильтры. Активный RC – фильтр.	2
14	Четырехполюсники. Свойства. Основные параметры и уравнения. Схемы замещения.	2	2	5	5
15	Цепи с распределенными параметрами. Основные понятия и определения. Уравнения и характеристики. Падающие и отраженные волны.	2	5	5
Всего	30	15	45	45

3.2. Название и содержание лекционных занятий.

1 лекция. Определение электрической цепи. Активные и пассивные элементы, их обозначения. Принятое положительное направление постоянного тока. Закон Ома. Узел, ветвь и контур. Определение линейных и нелинейных элементов. Линейные и нелинейные цепи. Активные и пассивные двухполюсники.

2 лекция. Определение законов Кирхгофа. Математическое представление І и ІІ законов Кирхгофа. Применение законов Кирхгофа для определения токов ветвей. Преобразование электрических цепей, содержащих пассивные элементы (последовательное, параллельное и смешанное соединения элементов). Преобразование треугольника сопротивлений в звезду и обратно.

3 лекция. Методы расчета сложных электрических цепей: метод контурных токов, метод наложения, метод узловых напряжений (потенциалов). В каких случаях применяется тот или иной метод. Преимущества и недостатки того или иного метода расчета.

4 лекция. Теорема Тевенина и Нортона. Метод эквивалентного генератора. В каких случаях применяется метод эквивалентного генератора. Алгоритм применения метода эквивалентного генератора. Потенциальная диаграмма.

5 лекция. Электрические цепи переменного тока и напряжения. Синусоидальные напряжения и токи. Мгновенное, действующее, амплитудное значения синусоидальных величин. Начальные фазы напряжения и тока. Угол сдвига фаз напряжения и тока. Способы представления синусоидально изменяющихся величин.

6 лекция. Цепь синусоидального тока с активным соаротивлением. Закон Ома для действующих значений тока и напряжения. Комплексное представление закона Ома. Векторная диаграмма. Мощности в такой цепи. Индуктивный элемент в цепи синусоидального тока. Закон Ома и диаграмма напряжения и тока для L-цепи. Векторная диаграмма. Мощности в цепи с L – элементом.

7 лекция. Синусоидальная цепь с емкостным элементом. Закон Ома, диаграмма напряжения и тока. Комплексное представление закона Ома. Векторная диаграмма. Мощности в цепи с C – элементом. Последовательное соединение R, L, C – элементов. Треугольник напряжения и сопротивлений.

8 лекция. Параллельное соединение R, L, C элементов в синусоидальную цепь. Анализ такой цепи. Резонансы напряжений и токов.

9 лекция. Трехфазные электрические цепи. Определения, образования трехфазных цепей. Система линейных и фазных напряжений. Трехфазная цепь соединенная звездой и треугольником при симметричной и несимметричной нагрузках.

10 лекция. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Природа возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Классический метод расчета переходных процессов.

11 лекция. Анализ переходных процессов в цепи с R и C элементами при воздействии постоянного напряжения на входе. Уравнение электрического состояния. Графики напряжений и токов в таких цепях.

12 лекция. Электрические цепи несинусоидальных периодических напряжений и токов. Анализ таких цепей. Ряды Фурье. Действующие значения и мощности в таких цепях. Расчет цепей с несинусоидальными периодическими токами и напряжениями.

13 лекция. Электрические фильтры частот. Назначение фильтров и разновидности фильтров. Определение полосы пропускания, задерживания. Реальные и идеальные характеристики фильтров частот. Анализ низкочастотных, высокочастотных, полосовых фильтров. Активный RC – фильтр. Четырехполюсники. Основные понятия.

14 лекция. Основные уравнения четырехполюсников. Параметры четырехполюсников и взаимозависимость (X, Y, Z, A, H, B) параметров.

15 лекция. Основные понятия и определения цепей с распределенными параметрами. Телеграфные уравнения. Уравнение длинной линии в гиперболических функциях. Падающие и отраженные волны в длинных линиях.

3.3. Название, содержание и количество часов лабораторных занятий:

Лабораторные работы нацелены на закреплении знаний, полученных на лекциях, и позволяют приобрести умения и навыки расчета электрических цепей и устройств. В каждой лабораторной работе даются задания и указания к их выполнению.

Лабораторная работа №1. Исследование цепей постоянного тока с применением законов Кирхгофа.

Содержание работы: выработать навыки использования законов Ома и Кирхгофа при экспериментальном анализе электрических цепей. В результате выполнения лабораторной работы студенты должны знать основные понятия и законы электрических цепей, уметь составлять уравнения электрического равновесия и энергетического баланса, приобрести навыки экспериментального определения значений токов и напряжений. 2 часа.

Лабораторная работа №2. Исследование электрической цепи с помощью метода наложения.

Содержание работы: Определить истинные токи всех ветвей с использованием принципа суперпозиции. Экспериментальным и расчетным путем найти токи ветвей с использованием этого метода и сравнить их. 2 часа.

Лабораторная работа №3. Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с активно-реактивными сопротивлениями.

Содержание работы: исследовать электрическое состояние цепи синусоидального тока при последовательном соединении индуктивной катушки и конденсатора. Уметь по опытным данным строить векторные диаграммы токов и напряжений, определять параметры цепи. Уметь устанавливать резонанс напряжений. 2 часа.

Лабораторная работа №4. Электрические цепи однофазного синусоидального тока. Исследование разветвленных цепей синусоидального тока.

Содержание работы: выработать навыки определения параметров схем замещения пассивной электрической цепи при представлении ее в виде двухполюсника. В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать методы эквивалентных преобразований цепей при помощи активных и реактивных составляющих в комплексной форме, уметь рассчитывать эквивалентные параметры различных схем замещения, приобрести навыки измерения параметров всей цепи как двухполюсника. Изучить особенности резонансных явлений в электрических цепях при параллельном соединении R, L, C. 2 часа.

Лабораторная работа №5. Трехфазные цепи. Исследование трехфазной цепи при соединении потребителей звездой и треугольником.

Содержание работы: изучить особенности работы трехфазных цепей при соединении фаз звездой источника и потребителя. В результате проведения лабораторных работ студенты должны знать основные соотношения фазных и линейных величин в симметричных и несимметричных режимах, назначение нейтрального провода, уметь определять напряжение смещения и токи в фазах при обрыве нейтрального провода; приобрести навыки использования топографических и векторных диаграмм для анализа трехфазных цепей. 3 часа.

Лабораторная работа №6. Исследование переходных процессов.

Содержание работы: исследовать переходные процессы в цепи с индуктивным элементом и в цепи с емкостным элементом при воздействии постоянного напряжения. 2 часа.

Лабораторная работа №7. Исследование четырехполюсников.

Содержание работы: исследовать параметры и характеристики четырехполюсников. 2 часа.

3.4. Название темы и количество часов самостоятельной работы обучающихся (СРО)

Таблица 5

№	Задания	Количество часов
1	Изучение основных методов расчета цепей постоянного тока.	4
2	Символический метод расчета схем. Формула Эйлера. Комплексная плоскость. Комплексы напряжения и тока.	2
3	Изучение идеальных и реальных элементов R, L, C.	2
4	Схема с последовательным соединением RL и RC элементов. Резонансный, дорезонансный и послерезонансный режимы при последовательном соединении элементов R, L, C.	4
5	Анализ схем со смешанным соединением R, L, C элементов.	2
6	Мощности в цепи с резистивным и индуктивным элементами.	2
7	Мощности в цепи синусоидального тока, содержащей резистивный, индуктивный и емкостной элементы. Комплексная мощность. Треугольник мощностей.	2
8	Фазовые соотношения в цепи с параллельным соединением R, L и C.	2
9	Преимущества трехфазных цепей. Образование, получение и способы представления трехфазных систем. Эффективность применения трехфазных систем. Аварийные режимы в трехфазных цепях.	5
10	Переходные процессы в цепи при синусоидальном воздействии на входе. Операторный метод расчета. Преобразование Лапласа.	4
11	Теорема разложения интеграла Дюамеля.	1
12	Цепи с несинусоидальным током и напряжением. Спектры. Расчет параметров таких цепей.	4
13	Полосовые, режекторные и другие фильтры частот.	1
14	Характеристические параметры четырехполюсников. Цепные схемы. Многополюсники.	5
15	Длинные линии. Линии без искажений. Холостой ход, короткое замыкание. Нагрузочный режим линии без потерь. Стоячие волны.	5

3.5. Название темы и количество часов самостоятельной работы обучающихся под руководством преподавателя (СРОП):

Таблица 6

№	Задания	Количество часов
1	Анализ сложной цепи постоянного тока. Согласно номеру варианта нарисовать схему и выписать исходные данные для расчета задания.	1
2	Написать уравнения по I и II закону Кирхгофа для соответствующего варианта и решить эти уравнения.	1
3	По методам контурных токов и узловых потенциалов найти все токи в ветвях.	1
4	Расчет и построение потенциальных диаграмм.	1
5	Анализ электрической цепи синусоидального тока. Комплексный метод расчета электрической цепи.	4
6	Определение токов и напряжений при смешанном соединении потребителей.	4
7	Определить активную, реактивную и полную мощности. Составить баланс мощностей. Применение ваттметра и вольтметра.	4
8	Фазовые соотношения в цепи с последовательным и параллельным соединениями R, L, C элементов.	4
9	Симметричная и несимметричная нагрузка трехфазной цепи. Мощности и способы измерения мощностей трехфазной цепи.	5
10	Сравнительный анализ классического, символического и частотного методов расчета переходных процессов	3
11	Природа возникновения несинусоидальных токов и напряжений. Разложение в ряд Фурье.	2
12	Расчет токов, напряжений, мощностей несинусоидальных величин.	3
13	Изучение и построение различных фильтров частот.	2
14	Расчетные и экспериментальные определения Z, Y,A, B,F, H – параметров четырехполюсников.	5
15	Длинные линии. Схемы замещения. Телеграфные уравнения. Волновые процессы. Явления в нагруженной линии передачи.	5

3.6 Методические указания к выполнению семестровых работ

Методические указания к выполнению расчетно-графического задания №1 «Анализ электрического состояния электрических цепей постоянного тока»

1. Задание и общие требования к выполнению

Содержание задания

Для электрической цепи, соответствующей номеру варианта, выполнить следующее:

- составить систему уравнений на основании законов Кирхгофа для расчета токов во всех ветвях схемы;

- определить методом контурных токов и методом узловых напряжений все токи в ветвях заданной электрической цепи;

- составить баланс мощностей для рассчитанной схемы;

- построить в масштабе потенциальную диаграмму для внешнего контура;

- определить значение тока в одной взятой ветви, используя метод эквивалентного генератора.

Задание и общие требования к выполнению расчетно-графического задания №2 «Анализ электрического состояния электрической цепи синусоидального тока»

Содержание задания

Для электрической цепи, соответствующей номеру варианта, выполнить следующее:

- составить схему включения смешанного соединения потребителей. Для измерения мощности в схеме предусмотреть ваттметр; для измерения напряжения на отдельном участке – предусмотреть включение вольтметра;

- рассчитать параметры схемы замещения, найти токи и напряжения. Построить векторную диаграмму токов и напряжений;

- определить показания ваттметра;

- составить баланс мощностей;

- определить показание вольтметра.

Общие требования к выполнению задания

При повторении рекомендуется использовать лекционный материал, а также литературу [1,2,3,4,5,6,7].

3.7 Таблица проведения занятий

Таблица 7

№	День	Время	Название темы
I	II	III	IV
Лекции
1	Электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и определения. Закон Ома для различных участков цепи.
2	Законы Кирхгофа. Применение законов Кирхгофа для расчета цепей. Преобразование электрических цепей (последовательное, параллельное, смешанное).
3	Методы: контурных токов, узлового напряжения и наложения.
4	Метод эквивалентного генератора. Потенциальная диаграмма.
5	Электрические цепи однофазного синусоидального тока. Основные понятия и определения. Способы представления синусоидально изменяющихся величин.
6	Резистивный, индуктивный элементы в цепи синусоидального тока.
7	Емкостной элемент. Цепь с последовательным соединением R, L и C элементов.
8	Параллельное соединение R, L,C элементов. Анализ такой цепи. Фазовые соотношения в цепи с параллельным соединением R, L,C элементов. Резонанс напряжений и токов.
9	Трехфазные цепи. Основные понятия и определения. Симметричная система фазных и линейных напряжений. Симметричная и несимметричная нагрузка трехфазной цепи.
10	Трехфазная цепь, соединенная звездой и треугольником. Переходные процессы в линейных цепях. Причины возникновения. Законы коммутации. Классический метод расчета. Цепь с RL элементами.
11	Переходные процессы в цепи с RC элементами при постоянном напряжении на входе.
12	Электрическая цепь с периодическими несинусоидальными токами и напряжениями. Анализ. Ряды Фурье. Расчет цепи с несинусоидальным током.
13	Фильтры частот. Четырехполюсник. Свойства.
14	Основные уравнения четырехполюсников. Схемы замещения.
15	Цепи с распределенными параметрами. Основные понятия и определения. Уравнения и характеристики. Падающие и отраженные волны.
Лабораторные занятия
1	Исследование цепи постоянного тока с применением законов Кирхгофа.
2	Исследование электрической цепи с помощью метода наложения.
3	Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с активно-реактивным сопротивлением.
4	Исследование разветвленных цепей синусоидального тока.
5	Исследование трехфазной цепи при соединении потребителей звездой и треугольником.
6	Исследование переходных процессов.
7	Исследование четырехполюсников.

4. Учебно-методические материалы по дисциплине

Основная литература

1. , , Основы анализа цепей. – М.: Радио и связь, 2007. – 591с.

2. Основы теории цепей. – М.: Энергия, 2006. – 432с.

3. , , Основы теории электрических цепей. – СПб.: Лань, 2004. – 466с.

4. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. – М.: Высшая школа, 1999. – 638с.

5. , , Основы теории цепей. – М.: Энергия, 1989. – 528с.

6. Теоретическая электротехника. – М.: Логос, 2002. – 478с.

7. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. – М.: Высшая школа, 1981. – 333с.

Дополнительная литература

1. Теоретические основы электротехники. – А.: Кайнар, 1987. – 360с.

2. Лекции по теории цепей. – М.: Энергия, 2002. – 273с.

3. Теория линейных электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1986. – 440с.

Содержание

1. Цель изучения дисциплины ……………………………………….…. 3

2. Система оценки уровня знаний студентов ……………………….…. 3

3. Содержание дисциплины …………………………………………….. 4

3.1. Тематический план курса …………………...………………… 4

3.2. Название и содержание лекционных занятий..……………… 6

3.3. Название, содержание и количество

часов лабораторных занятий.…………………..……..……..... 7

3.4. Название темы и количество часов

самостоятельной работы обучающихся (СРО) ..……………... 8

3.5. Название темы и количество часов

самостоятельной работы обучающихся

под руководством преподавателя (СРОП) .…………………… 9

3.6. Методические указания к выполнению

семестровых работ ……………………………………………... 10

3.7. Таблица проведения занятий..………………………………… 11

4. Список литературы ……………………………………………….…… 12