Рабочая программа по дисциплине Теоретические основы электротехники Рекомендуется для направления подготовки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ивановский государственный химико-технологический университет

Утверждаю

Проректор ИГХТУ по учебной работе

проф. Рыбкин В.В.

___________________2010

Рабочая программа по дисциплине

Теоретические основы электротехники

Рекомендуется для направления подготовки:

210100-Электроника и наноэлектроника;

Профиль:

-Микроэлектроника и твердотельная электроника.

Квалификация (степень) выпускника бакалавр

Иваново 2010

1. Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является теоретическая и практическая подготовка специалистов неэлектротехнических профилей в области теоретических основ электротехники в объеме достаточном для изучения профессиональных электро­технических и радиотехнических дисциплин с тем, чтобы в дальнейшем они могли выбрать необходимые электротехнические, электрон­ные, электроизмерительные устройства, умели их правильно эксплуатировать, могли анали­зировать аналоговые, импульсные и цифровые электрические цепи и умели совместно со специалистами электриками составлять технические задания на разработку электрических частей автоматизированных установок для управления производственными процессами.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина: «Теоретические основы электротехники» относится к циклу профессиональных дисциплин, для ее изучения студент должен обладать следующими профессиональными компетенциями:

-способен использовать знания основных физических теорий, для решения возникающих физических задач, самостоятельного приобретения физических знаний для понимания принципов работы приборов и устройств, в том числе электротехнических.

-способен планировать и проводить эксперимент, обрабатывать и оформлять его результаты, оценивать погрешность;

Студент должен знать:

-дифференциальное и интегральное исчисления;

-законы сохранения;

-законы электростатики;

-природу магнитного поля и поведение веществ в магнитном поле;

-закон электромагнитной индукции;

-основные физические электромагнитные величины и константы, их определения и единицы измерения;

-принцип суперпозиции;

-правила оформления технической документации в соответствии с ЕСКД.

Студент должен уметь:

-работать в качестве пользователя персонального компьютера;

-решать типовые физические задачи, связанные с электромагнетизмом;

-читать показания основных электроизмерительных приборов (вольтметров, амперметров);

-дифференцировать и интегрировать тригонометрические функции;

-строить графики функциональных зависимостей.

Студент должен владеть:

-методами проведения измерений основных электротехнических величин приборами непосредственной оценки;

-методами оценки погрешностей при проведении эксперимента;

-методами оформления результатов эксперимента;

-арифметикой комплексных чисел;

-методами векторной алгебры;

3. Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

- способностью владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (ПК-4);

- способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- основы теории электрических и магнитных, пассивных и активных, линейных и нелинейных цепей с сосредоточенными и с распределенными параметрами;

-эквивалентные схемы активных элементов;

-методы анализа частотных и переходных характеристик;

-основы теории электромагнитного поля.

Уметь:

-выполнять и читать принципиальные электрические схемы и другую техническую документацию;

-разрабатывать принципиальные электрические схемы на основе типовых электрических и электронных устройств;

-проводить анализ цепей при постоянных и синусоидальных воздействиях, а также при воздействии сигналов произвольной формы, импульсных сигналов.

Владеть:

-навыками работы с электротехнической аппаратурой и электронными устройствами;

-методами анализа переходных процессов в линейных и нелинейных цепях.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.

Электрическая энергия, ее особенности и области применения. Роль элек­тротехники и электроники в современном производстве. Развитие теоретической электро­техники как науки. Содержание и структура курса. Методика организации процесса обучения.

1. Основы тории электрических цепей постоянного, синусоидального и несинусоидального токов

Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и оп­ределения. Источники и приемники электрической энергии. Параметры элементов электро­цепей. Схемы замещения. Выбор положительных направлений ЭДС, напряжений и токов. Режимы работы источника энергии. Холостой ход, короткое замыкание, согласованный ре­жим работы источника.

Методы расчета цепей постоянного тока: метод упрощения цепи, метод на­ложения, метод законов Кирхгофа.

Метод контурных токов, метод эквивалентного генератора. Потенциальная диаграмма. Понятие о балансе мощностей.

Линейные электрические цепи синусоидального тока. Однофазные цепи. Достоинства переменного тока. Генерирование переменного тока. Мгновенные, амплитуд­ные, действующие значения синусоидально-изменяющихся величин. Начальная фаза. Сдвиг фаз. Изображение синусоидальных величин с помощью векторов. Метод векторных диа­грамм.

Синусоидальный ток в идеальных элементах электрической цепи. Основ­ные соотношения, волновая и векторная диаграммы. Последовательная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и ем­костью. Основные соотношения. Треугольник напряжений. Треугольник сопротивлений. Векторная диаграмма. Закон Ома. Резонанс напряжений.

Параллельная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емко­стью. Основные соотношения. Треугольник токов. Треугольник проводимостей. Векторная диаграмма. Резонанс токов. Понятие о расчете сложных цепей символическим методом.

Трехфазные цепи. Основные понятия и определения. Способы соединения фаз генератора и токоприемника. Фазные и линейные величины. Классификация токоприем­ников. Симметричный режим трехфазной цепи. Мощность при симметричном режиме.

Несимметричный режим трехфазной цепи. Мощность при несимметричном режиме. Метод симметричных составляющих. Понятие о защитном заземлении и защитном занулении.

Цепи с распределенными параметрами. Понятие о длинной линии. Пер­вичные и вторичные параметры. Линия без искажений и без потерь. Стоячие волны. Входное сопротивление линии.

Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного тока. Общая характеристика нелинейных цепей. Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного тока в ус­тановившемся режиме.

Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях. Предс­тавление периодических несинусоидальных величин гармоническими рядами. Дискретный спектр. Основные характеристики несинусоидальных периодических токов и напряжений. Мощность периодического несинусоидального тока.

2. Магнитные цепи и основы электроизмерений

Магнитные цепи. Основные величины, характеризующие магнитное по­ле. Магнитные материалы и их свойства. Закон полного тока. Виды магнитных цепей. Рас­чет неоднородной неразветвленной магнитной цепи.

Физические процессы, происходящие в катушке с железным сердечником при включении на синусоидальное напряжение. Схема замещения и векторная диаграмма катушки с железом. Феррорезонансный стабилизатор напряжения.

Основы электроизмерений. Основные понятия и определения. Погреш­ности электроизмерений. Механизмы аналоговых электромеханических измерительных приборов. Цифровые измерительные приборы. Измерение основных параметров электриче­ских цепей.

3. Основы теории четырехполюсников

Основные понятия и определения. Системы уравнений четырехполюсника. Параметры холостого хода и короткого замыкания.

Схемы замещения четырехполюсников. Опытное определение парамет­ров схемы замещения трансформатора. Параметры биполярного транзистора как активного линейного четырехполюсника.

Входное сопротивление четырехполюсника при произвольной нагрузке. Характеристические параметры четырехполюсника. Передаточная функция. Обратная связь.

4. Переходные процессы в линейных электрических цепях

Причины возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения.

Расчет переходных процессов в простейших электрических цепях класси­ческим методом. Переходные процессы в цепи RL. Короткое замыкание цепи RL. Включение на постоянное напряжение. Переходные процессы в цепи RC. Разряд конденсатора. Заряд конденсатора (включение цепи на постоянное напряжение). Замечание о генераторах пило­образного напряжения.

Переходный процесс в цепи RLC. Уравнение процесса. Включение на по­стоянное напряжение. Включение на синусоидальное напряжение.

Расчет переходных процессов операторным методом. Сущность оператор­ного метода. Изображения простейших функций.

Решение дифференциальных уравнений операторным методом. Оператор­ные сопротивления и передаточные функции.

Переходные процессы и спектральные (частотные) представления. Преоб­разования Фурье как частный случай преобразований Лапласа, спектры апериодических функций. Переходные процессы в четырехполюснике.

5. Основные понятия и определения теории электромагнитного поля

Заме­чание о математическом аппарате теории поля. Уравнения электромагнитного поля в инте­гральной форме. Уравнения электромагнитного поля в дифференциальной форме. Полная система уравнений электромагнитного поля.

Электростатическое поле. Безвихревой характер электростатического по­ля. Градиент электрического потенциала. Уравнения Пуассона и Лапласа. Основная задача электростатики. Элек­тростатическое экранирование. Электрическая емкость простых геометрических форм. Электриче­ское поле постоянных токов.

Магнитное поле постоянных токов. Вихревой характер магнитного поля токов. Общая задача расчета магнитного поля постоянных токов. Индук­тивность простых геометрических форм. Взаимодействие тока с магнитным полем. Энергия в магнитном поле.

5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи

с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

5.3. Разделы дисциплины и виды занятий