Реферат: Учебная программа дисциплины теоретические основы электротехники индекс дисциплины Часы (всего) по Госстандарту: опд. Ф. 04. 01 по Госстандарту: 400

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ


Бакалавриат: 551700


Магистратура: 551700


УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ


Индекс дисциплины Часы (всего)

по Госстандарту: ОПД.Ф.04.01 по Госстандарту: 400


Основные разделы дисциплины по Госстандарту:


Теоретические основы электротехники:

Физические основы электротехники; уравнения электромагнитного поля; законы электрических цепей; основные задачи теории электрических цепей: анализ, синтез, диагностика; цепи постоянного и синусоидального тока; трехфазные цепи; расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействиях; многополюсники; переходные процессы в линейных цепях; нелинейные электрические и магнитные цепи; цепи с распределенными параметрами; теория электромагнитного поля: электростатическое поле, стационарное электрическое поле, магнитное поле, аналитические и численные методы расчета электрических и магнитных полей, переменное электромагнитное поле, поверхностный эффект и эффект близости, электромагнитное экранирование.


^ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Учебный план 2002 года


Лекции 108 ч. 3, 4, 5 сем.

Практические занятия 108 ч. 3, 4, 5 сем.

Лабораторные занятия 108 ч. 3, 4, 5 сем.

Расчетные задания (20 час. самост. работы в семестр) 3, 4, 5 сем.

Курсовая работа (30 час. самост. работы) 6 сем.

Объем самостоятельной работы 120 ч. 3, 4, 5 сем.


^ I.Содержание лекций


3 семестр


Физические основы электротехники. Этапы развития электротехники и ее теории. Основные понятия и законы электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей. Уравнения Максвелла в интегральной форме.

Цепи постоянного тока.

Законы Ома и Кирхгофа, свойства и методы расчета цепей постоянного тока. Топологические понятия, уравнения Кирхгофа в матрично-топологической форме. Методы контурных токов и узловых потенциалов. Уравнения по методу контурных токов и узловых потенциалов в матрично-топологической форме. Двухполюсники. Метод эквивалентного генератора. Схемы замещения реальных источников энергии. Принцип наложения и линейные соотношения. Принцип компенсации и взаимности. Дуальные цепи.

Линейные цепи синусоидального тока.

Анализ установившихся режимов в электрических цепях при источниках синусоидальной формы. Комплексный метод расчета. Векторные и топографические диаграммы. Мощность Двухполюсник в цепи синусоидального тока. Схемы замещения. Резонанс в электрической цепи. Резонанс напряжений и резонанс токов. Условия резонанса. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики последовательного резонансного контура, его добротность и полоса пропускания. Круговые диаграммы. Уравнение окружности на комплексной плоскости. Фазовращатель . Электрические цепи со взаимной индуктивностью. Анализ процессов в цепи при наличии взаимной индукции. Развязка индуктивных связей. Линейный трансформатор, анализ его работы. Вносимое сопротивление. Понятие об идеальном трансформаторе.

Линейные цепи несинусоидального тока.

Анализ цепей с несинусоидальными напряжениями и токами. Виды симметрии периодических функций и их спектральный состав. Действующее и среднее значение периодических напряжений и токов. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных функций. Порядок расчета цепи несинусоидального тока. Замечания о мощностях. Показания приборов. Понятие об эквивалентных синусоидах. Условия перехода к эквивалентным синусоидам.

Четырехполюсники и электрические фильтры .

Основные уравнения четырехполюсников. Эквивалентные схемы. Вторичные параметры. Схемы соединения четырехполюсников. Электрические фильтры. Классификация. Фильтры типа «К». Анализ работы фильтров. Расчет параметров фильтра.

Диагностика электрических цепей

Задачи диагностики. Диагностика параметров электрических цепей методом узловых сопротивлений.


4 семестр


Трехфазные цепи

Расчет трехфазных электрических цепей в симметричных и несимметричных режимах со статической нагрузкой, соединенной в звезду и треугольник. Мощность в трехфазной цепи. Вращающееся магнитное поле. Принцип работы асинхронного и синхронного двигателей. Расчет несимметричных режимов при наличии вращающейся нагрузки. Метод симметричных составляющих. Высшие гармоники токов в трехфазных цепях при источниках несинусоидальной формы .

Переходные процессы в линейных цепях

Классический метод расчета переходного процесса. Законы коммутации и начальные условия. Расчет переходного процесса в цепи с двумя накопителями. Операторный метод расчета. Расчет переходного процесса при воздействии напряжения и тока, изменяющихся по любому закону (интеграл Дюамеля). Расчет переходного процесса при коммутациях, приводящих к образованию индуктивных сечений или емкостных контуров. Расчет переходного процесса методом переменных состояния. Способы формирования уравнений состояния. Расчет переходных процессов методом дискретных схем замещения.
Синтез электрических цепей
Задачи синтеза. Свойства схемных функций цепи. Методы схемной реализации реактивных двухполюсников.

Нелинейные резистивные цепи

Расчет нелинейных резистивных цепей постоянного тока. Нелинейные резистивные цепи переменного тока. Инерционные и безынерционные элементы. Методы расчета. Цепи с вентилями. Определение формы кривой тока в цепях с вентилями при одно- и двухполупериодном выпрямлении и в формирователях импульсов.

Нелинейные магнитные цепи

Расчет разветвленной магнитной цепи при постоянных потоках. Магнитное сопротивление воздушного зазора. Веберамперные характеристики магнитных участков. Метод расчета цепи. Цепи с постоянными магнитами. Магнитные цепи на переменном токе. Понятие об идеализированной катушке со стальным сердечником. Расчет катушки с магнитным сердечником по мгновенным значениям. Методы эквивалентных синусоид и гармонического баланса. Схемы замещения катушки со стальным сердечником. Вольт-амперная характеристика катушки с ферромагнитным сердечником для действующих значений напряжения и тока. Явление феррорезонанса напряжений и токов. Феррорезонансный стабилизатор.

Переходные процессы в нелинейных цепях

Методы расчета переходных процессов в нелинейных цепях.


5 семестр


Однородные линии в установившемся режиме

Дифференциальные уравнения линии. Уравнения линии при синусоидальных токах и напряжениях. Линии с потерями и без потерь. Бегущие волны. Коэффициент отражения. Графики распределения действующих значений напряжения и тока. Схемы замещения линий.

Переходные процессы в однородных линиях

Расчет отраженных и прошедших волн в линиях без потерь. Расчетные схемы замещения.

Основы теории электромагнитного поля

Векторы электромагнитного поля. Классификация электромагнитных полей. Характеристики сред. Дифференциальная и интегральная формы уравнений Максвелла. Потенциальное и вихревое поля.

Электростатическое поле

Уравнения электростатического поля. Уравнения Пуассона и Лапласа. Граничные условия на поверхности раздела двух сред. Поле заряженных осей. Поле и емкость линии. Метод изображений.

Стационарные электрическое и магнитное поля

Уравнения поля. Законы Кирхгофа, Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Уравнение Лапласа. Граничные условия. Скалярный и векторный магнитные потенциалы. Аналогия электростатических и стационарных магнитных полей (вне токов). Индуктивность и взаимная индуктивность линий. Магнитное экранирование.

Переменное электромагнитное поле

Уравнения Максвелла в комплексной форме. Теорема Умова-Пойнтинга. Вектор Пойнтинга. Плоские электромагнитные волны в диэлектрике и в проводящей среде. Параметры волны. Поверхностный электрический и магнитные эффекты. Эффект близости.


^ II. Темы практических занятий


3 семестр

№1 Основные законы электрических цепей; цепи постоянного тока.

№2 Цепи синусоидального тока.

№3 Расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействиях.

№4 Четырехполюсники.


4 семестр

№1 Трехфазные цепи.

№2 Метод симметричных составляющих.

№3 Переходные процессы в линейных цепях.

№4 Нелинейные электрические и магнитные цепи.


5 семестр

№1 Цепи с распределенными параметрами.

№2 Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

№3 Электростатическое поле.

№4 Стационарное электрическое поле.

№5 Стационарное магнитное поле.

№6 Переменное электромагнитное поле; электромагнитные волны,

поверхностный эффект.



Темы лабораторных работ


3 семестр

Электрические цепи постоянного тока.

Электрические цепи синусоидального тока.

Электрические цепи со взаимной индукцией.

Резонанс в электрических цепях.


4 семестр

Линейные цепи несинусоидального периодического тока.

Трехфазные цепи.

Переходные процессы.

4. Нелинейные цепи.

5 семестр

Пассивные линейные четырехполюсники.

Длинные линии.

Стационарное электрическое и магнитное поле.

Плоские электромагнитные волны. Поверхностный эффект.




Темы расчетных заданий


3 семестр

Разветвленная цепь постоянного тока.

Разветвленная цепь синусоидального тока.


4 семестр

Несимметричные и несинусоидальные режимы в трехфазных цепях.

Переходные процессы в линейных цепях с сосредоточенными параметрами.


5 семестр

Переходные процессы в длинных линиях.

Расчет потенциальных полей.




Темы курсовых работ


6 семестр

Переходные процессы в длинных линиях.

Диагностика трансформаторов.


VI. Использование информационных технологий при изучении дисциплины


^ VI.5. Курсовые работы

6 семестр


Используется инструментально-программная среда LabVIEW фирмы National Instruments. Время выполнения задания с использованием ЭВМ 80% общего объема курсовой работы, т.е. 15 час. аудит. занятий и 15 час. самост. работы. Авторы методических разработок Л.В. Алексейчик, В.П. Герасименко, В.В. Каратаев, С.В. Материкин.


VII. Контроль и оценка качества изучения дисциплины.


^ VII.1. Лекции и практические занятия:

3 семестр

2 контрольные работы

4 семестр

2 контрольные работы

5 семестр

2 контрольные работы


^ VII.2. Лабораторные работы:
3 семестр

7 защит лабораторных работ

4 семестр

7 защит лабораторных работ

5 семестр

7 защит лабораторных работ
^



VII.3. Расчетные задания:
3 семестр

2 защиты расчетных заданий

4 семестр

2 защиты расчетных заданий

5 семестр

2 защиты расчетных заданий


^ VII.3. Методика определения итоговой зачетной оценки практических знаний студента в семестре:

как среднеарифметическая оценка по п.п. VII.1 - VII.3.



VIII. Итоговый контроль теоретических и практических знаний студента в сессию:


3 семестр

зачет, экзамен.

4 семестр

зачет, экзамен.

5 семестр

зачет, экзамен.

6 семестр

зачет


В приложение к диплому выносится экзаменационная оценка за 5 семестр и зачетная оценка по курсовой работе за 6 семестр.


^ IX. Литература


IX.1. Учебники


Л.Р.Нейман, К.С.Демирчян. Теоретические основы электротехники, т.1 и 2. Изд. 3-е. –Л.: Энергоиздат, 1981. т.1 – 534 с., т.2 – 416 с.

Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. Основы теории цепей. Изд. 5-е. –М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

К.М.Поливанов. Теоретические основы электротехники. Теория электромагнитного поля, т.3. –М.: Энергия, 1975. –208 с.



^ IX.2. Учебные пособия


Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. / под ред. П.А.Ионкина. –М.: Энергоиздат, 1982. –768 с.

К.С.Демирчян, П.А.Бутырин. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. –М.: Высш. школа, 1988. – 336 с.

П.А.Бутырин, И.С.Козьмина, И.В.Миронов. Основы компьютерных технологий электротехники. –М.: изд-во МЭИ, 2000. –112 с.




^ IX.3. Методические указания


Б.А.Болдов. Разветвленная цепь постоянного тока. Задание на типовой расчет. Методическое пособие по курсу ТОЭ. –М.: изд-во МЭИ, 2001. –8 с.

Ю.П.Губин. Типовой расчет по курсу ТОЭ. Разветвленная цепь синусоидального тока. –М.: изд-во МЭИ, 1976. –12 с.

О.В.Толчеев. Методические указания к расчету по курсу ТОЭ “Несимметричные и несинусоидальные режимы в трехфазных цепях”. –М.: изд-во МЭИ, 1986. –16 с.

Б.А.Болдов. Переходные процессы в линейных цепях с сосредоточенными параметрами. Задание на типовой расчет. Методическое пособие по курсу ТОЭ. –М.: изд-во МЭИ, 2001. –12 с.

М.А.Жаворонков. Методические указания к расчету по курсу ТОЭ “Переходные процессы в однородных линиях». –М.: изд-во МЭИ, 1987. –12 с.

Б.А.Болдов. Расчет потенциальных полей. Задание на типовой расчет. Методическое пособие по курсу ТОЭ. –М.: изд-во МЭИ, 2001. –32 с.

Л.В.Алексейчик, В.П.Герасименко, В.В.Каратаев, Ю.Н.Немов. Методические указания по курсовой работе “Переходные процессы в длинных линиях». –М.: изд-во МЭИ, 2001. –32 с.


^ IX.4. Описания лабораторных работ


В.М.Геворкян, В.А.Майбога. Лабораторный практикум по курсу ТОЭ. Цепи постоянного тока. –М.: изд-во МЭИ, 1992. –64 с.

Лабораторный практикум по курсу ТОЭ. Цепи синусоидального тока. /под ред. В.М.Геворкяна. –М.: изд-во МЭИ, 1992. –96 с.

В.М.Геворкян, Новиков Б.С., В.С.Панов. Лабораторный практикум по курсу ТОЭ. Трехфазные цепи. –М.: изд-во МЭИ, 1992. –60с.

Лабораторный практикум по курсу ТОЭ (II часть) /под ред. В.М.Геворкяна. –М.: изд-во “Знак”, 2000. –132 с.

Лабораторный практикум по курсу ТОЭ. Электромагнитное поле. /под ред. В.В. Каратаева –М.: изд-во МЭИ, 2002. –160 с.


IX.5. Технические и профессиональные справочники, обеспечивающие практическую деятельность по дисциплине


Электротехнический справочник, т.1/ под ред. В.Г.Герасимова и др. –М.:

Энергоатомиздат, 1985. – 488 с.

Ф.П.Жарков, В.В.Каратаев, В.Ф.Никифоров, В.С.Панов. Использование

виртуальных инструментов LabVIEW. –М.: Радио и связь, 1999. – 268 с.


Программу составил: Каратаев В.В., доцент, доцент.


Зав. кафедрой ТОЭ: Бутырин П.А., профессор, член-корр. РАН