microbik.ru
1


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ (ИЭЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника

Профиль(и) подготовки: все профили модуля «Электроэнергетика» данного направления

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ"

Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

базовая




дисциплины по учебному плану:

ИЭЭ; Б3.1




Часов (всего) по учебному плану:

540




Трудоемкость в зачетных единицах:

15

3 семестр – 5;
4 семестр – 5;
5 семестр - 5


Лекции

108 час

3,4,5 семестры

Практические занятия

108 час

3,4,5 семестры

Лабораторные работы

108 час

3,4,5 семестры

Расчетные задания, рефераты

60 час самостоят. работы

3,4,5 семестры

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

216 час




Экзамены




3,4,5 семестры

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является формирование фундамента знаний, языка электротехники и методологии решения ее задач.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • приобретать новые знания, анализировать свои возможности, переоценивать накопленный опыт (ОК-6)

  • самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7)

  • вести дискуссию и полемику, аргументировано защищать свои решения публично или в публикациях (ОК-12)

  • использовать современные компьютерные технологии в рамках своей профессиональной деятельности (ПК-1)

  • демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2)

  • анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике дисциплины (ПК-6)

  • уметь формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде отчета с его публикацией (ПК-7)

  • использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-11)

  • рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, параметры электроэнергетических объектов (ПК-16)

  • применять технические средства для измерения основных параметров электроустановок (ПК-18)

  • участвовать в исследовании объектов электроэнергетики и электротехники (ПК-38)

  • планировать и выполнять экспериментальные исследования (ПК-40, ПК-44)

  • участвовать в составлении научно-технических отчетов (ПК-42)


Задачами дисциплины являются

  • выработка общих подходов к формулировке и решению электротехнических задач;

  • формирование знаний основных законов и методов теории электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей и их применения для решения практических задач;

  • научное обоснование принятия конкретных технических решений при эксплуатации электроустановок.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров направления 140400 Электроэнергетики и электротехника для всех профилей модуля «Электроэнергетика».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Высшая математика" и «Информатика».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении базовых дисциплин для всех профилей модуля «Электроэнергетика» данного направления и при изучении специальных электротехнических и электроэнергетических дисциплин.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • основные понятия и законы электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей (ПК-2)

  • методы анализа цепей постоянного и переменного токов в стационарных и переходных режимах (ПК-11)

  • методы анализа электромагнитного поля для определения параметров электроустановок (ПК-1, ПК-16)

Уметь:

  • применять знания при эксплуатации электроустановок (ОК-6, ОК-7, ПК-16)

  • формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде научно-технического отчета с его публичной защитой (ОК-12,

ПК-6, ПК-7, ПК-42)

Владеть:

  • методами расчета переходных и установившихся процессов в линейных и нелинейных электрических цепях (ПК-11)

  • методами расчета параметров элементов электротехнических устройств и электроустановок, электроэнергетических систем и сетей (ПК-16)

  • навыками моделирования физических процессов в электротехнических устройствах и электроэнергетических системах (ПК-2)

  • навыками исследовательской работы (ПК-1, ПК-18, ПК-40, ПК-44)

  • навыками проведения стандартных испытаний электроэнергетического и электротехнического оборудования (ПК-18, ПК-38)



4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 15 зачетных единицы, 540 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Цепи постоянного тока

46

3

12

12

12

10

Типовой расчет

2

Линейные цепи синусоидального тока

46

3

12

12

12

10

Типовой расчет

3

Линейные цепи несинусоидального тока

22

3

6

6

4

6

Контрольная работа

4

Четырехполюсники и электрические фильтры

22

3

4

4

8

6

Контрольная работа

5

Диагностика электрических цепей

6

3

2

2




2

Тест

6

Трехфазные цепи

34

4

8

8

8

10

Типовой расчет

7

Переходные процессы в линейных цепях

54

4

16

16

12

10

Типовой расчет

8

Синтез электрических цепей

6

4

2

2




2

Тест

9

Нелинейные электрические цепи

20

4

4

4

8

4

Контрольная работа

10

Нелинейные магнитные цепи

20

4

4

4

8

4

Контрольная работа

11

Переходные процессы в нелинейных цепях

8

4

2

2




4

Контрольная работа

12

Однородные линии в установившемся режиме

24

5

6

6

8

4

Контрольная работа

13

Переходные процессы в однородных линиях

22

5

6

6




10

Типовой расчет

14

Основы теории электромагнитного поля

6

5

2

2




2

Тест

15

Электростатическое поле

38

5

6

6

16

10

Типовой расчет

16

Стационарные электрическое и магнитное поля

32

5

10

10

8

4

Контрольная работа

17

Переменное электромагнитное поле

20

5

6

6

4

4

Контрольная работа




Зачет

6

3,4,5

--

--

--

6







Экзамен

108

3,4,5

--

--

--

108

письменный




Итого:

540




108

108

108

216





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

3 семестр

1. Цепи постоянного тока

Этапы развития электротехники и ее теоретических основ. Основные понятия и законы электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей.

Законы Ома и Кирхгофа, компонентные уравнения элементов электрических цепей. Эквивалентные преобразования в цепях постоянного тока. Двухполюсники и много- полюсники. Схемы замещения источников энергии, их мощности и режимы работы. 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. Метод эквивалентного генератора. Принцип наложения и линейные соотношения. Теорема компенсации. Дуальные цепи.

2. Линейные цепи синусоидального тока

Основные понятия цепей синусоидального тока. Комплексный метод расчета. Векторные и топографические диаграммы. Мощности в цепях синусоидального тока. Двухполюсник в цепи синусоидального тока. Треугольники токов, напряжений, сопротивлений, проводимостей и мощностей. Схемы замещения и параметры конденсатора и катушки. Резонанс в электрической цепи. Резонанс напряжений и резонанс токов. Условия резонанса. Резонансные кривые и частотные характеристики резонансного контура, добротность и полоса пропускания. Электрические цепи с индуктивно-связанными элементами. Анализ процессов в цепи при наличии явления взаимной индукции. Развязка индуктивных связей. Линейный трансформатор. Вносимое сопротивление. Понятие об идеальном трансформаторе.

3. Линейные цепи несинусоидального тока

Анализ цепей несинусоидального тока. Виды симметрии периодических кривых токов и напряжений и их спектральный состав. Действующее и среднее значение периодических токов и напряжений. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных кривых токов и напряжений. Порядок расчета цепи несинусоидального тока. Мощности в цепях несинусоидального тока. Показания приборов.

4. Четырехполюсники и электрические фильтры

Основные уравнения четырехполюсников. Первичные и вторичные параметры. Эквивалентные схемы. Схемы соединения четырехполюсников. Четырехполюсники с активными элементами, управляемые источники энергии. Электрические фильтры. Классификация. Фильтры типа «к».

5. Диагностика электрических цепей

Задачи диагностики. Диагностика параметров электрических цепей методом узловых сопротивлений.

4 семестр

6. Трехфазные цепи

Многофазные и трехфазные цепи: основные понятия. Трехфазный симметричный источник, способы соединения фаз в трехфазных цепях. Расчет трехфазных электрических цепей в симметричных и несимметричных режимах со статической нагрузкой. Мощности в трехфазных цепях. Вращающееся магнитное поле. Принцип работы асинхронного и синхронного двигателей. Расчет несимметричных режимов при динамической нагрузке. Метод симметричных составляющих. Продольная и поперечная несимметрия. Высшие гармоники в трехфазных цепях при источниках несинусоидальной формы.

7. Переходные процессы в линейных цепях.

Классический метод расчета переходного процесса. Законы коммутации и начальные условия. Переходные процессы в цепи с одним и двумя накопителями. Расчет переходного процесса при коммутациях, приводящих к образованию индуктивных сечений или емкостных контуров. Использование Z- преобразований для расчета переходных процессов. Операторный метод расчета. Переходные и импульсные характеристики. Переходные процессы при воздействии источника напряжения и тока, изменяющихся по произвольному закону (применение интеграла Дюамеля). Спектральный (частотный) метод анализа переходных процессов. Метод переменных состояния. Способы формирования уравнений состояния. Расчет переходных процессов методом дискретных схем замещения.

8. Синтез электрических цепей

Задачи синтеза, синтез структурный и синтез параметрический. Схемные функции цепи и их свойства.

9. Нелинейные электрические цепи

Нелинейные электрические цепи: параметры, характеристики, инерционные и безинерционные элементы. Явления в нелинейных цепях постоянного и переменного токов. Применимость методов и принципов линейной электротехники к нелинейным цепям. Расчет нелинейных резистивных цепей постоянного и переменного токов. Нелинейные резистивные цепи переменного тока. Формы кривых и действующее значение токов и напряжений в цепях с вентилями. Понятие об идеализированной катушке со стальным магнитопроводом. Расчет катушки со стальным магнитопроводом по мгновенным значениям. Потери в стали. Методы эквивалентных синусоид и гармонического баланса. Схемы замещения катушки со стальным магнитопроводом. Вольтамперная характеристика катушки с ферромагнитным сердечником для действующих значений напряжения и тока. Явление феррорезонанса напряжений и токов. Феррорезонансный стабилизатор. Цепи с нелинейными емкостными элементами.

10. Нелинейные магнитные цепи

Основные законы магнитных цепей. Расчет разветвленной магнитной цепи при постоянных потоках. Магнитное сопротивление. Вебер-амперная характеристика. Цепи с постоянными магнитами. Магнитные цепи на переменном токе.

11. Переходные процессы в нелинейных цепях

Методы расчета переходных процессов в нелинейных цепях. Фазовые траектории процессов.
5 семестр

12. Однородные линии в установившемся режиме

Электрические цепи с распределенными параметрами. Дифференциальные уравнения однородной линии. Первичные и вторичные параметры линии. Линия с потерями, неискажающая линия, линия без потерь. Уравнения однородной линии без потерь при синусоидальных токах и напряжениях. Стоячие и бегущие волны. Коэффициент отражения. Распределение действующих значений напряжения и тока вдоль линии. Согласование линии с нагрузкой. Измерительная линия.

13. Переходные процессы в однородных линиях

Возникновение переходных процессов в цепях с распределенными параметрами и их математическое описание. Отражение и преломление волн в месте сопряжение двух однородных линий. Отражение волн от конца линий. Расчет переходных процессов в цепях с нулевыми и ненулевыми условиями для линий. Блуждающие волны.

14. Основы теории электромагнитного поля

Векторы электромагнитного поля. Скалярный и векторный потенциал. Классификация электромагнитных полей. Дифференциальная и интегральная формы уравнений электромагнитного поля. Потенциальное и вихревое поля. Поле в веществе, характеристики изотропных сред.

15. Электростатическое поле

Уравнения электростатического поля в дифференциальной и интегральной форме. Безвихревой характер электростатического поля. Уравнения Пуассона и Лапласа. Граничные условия на поверхности раздела двух сред. Плоскопараллельное поле. Применение функций комплексного переменного. Поле двухпроводной линии передачи. Поле параллельных несоосных цилиндров. Метод зеркальных изображений. Численный расчет электростатического поля методом сеток. Емкость двухпроводной линии передачи, потенциальные коэффициенты, коэффициенты электростатической индукции и частичные емкости.

16. Стационарные электрическое и магнитное поля

Уравнения электромагнитного поля постоянных токов в дифференциальной и интегральной форме. Граничные условия на поверхности раздела двух сред. Уравнение Лапласа. Аналогия электростатических и стационарных электрических полей. Ток утечки в кабеле и сопротивление изоляции кабеля. Сопротивление заземления. Вихревой характер магнитного поля токов. Скалярный и векторный магнитные потенциалы. Аналогия электростатических и стационарных магнитных полей. Метод зеркальных изображений. Индуктивность двухпроводной линии и взаимная индуктивность линий. Магнитное экранирование.

17. Переменное электромагнитное поле

Уравнения Максвелла в комплексной форме. Теорема Умова-Пойнтинга. Вектор Пойнтинга. Электродинамические векторный и скалярный потенциалы электромагнитного поля. Плоские электромагнитные волны в диэлектрике и в проводящей среде. Параметры волны. Поверхностный электрический и магнитные эффекты. Комплексная магнитная и диэлектрическая проницаемость. Активное и внутреннее индуктивное сопротивления проводов. Эффект близости. Электромагнитное экранирование.
4.2.2. Практические занятия. Темы практических занятий:
3 семестр

№1 Основные законы электрических цепей; цепи постоянного тока.

№2 Цепи синусоидального тока, явления в цепях синусоидального тока.

№3 Анализ 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.
4.3. Лабораторные работы. Темы лабораторных работ:
3 семестр

  1. Электрические цепи постоянного тока.

  2. Электрические цепи синусоидального тока.

  3. Электрические цепи с индуктивно-связанными элементами.

  4. Резонанс в электрических цепях.


4 семестр

  1. Линейные цепи несинусоидального периодического тока.

  2. Трехфазные цепи.

  3. Переходные процессы в линейных цепях.

4. Нелинейные электрические цепи.

5. Нелинейные магнитные цепи.

5 семестр

  1. Пассивные линейные четырехполюсники.

  2. Длинные линии.

  3. Стационарные электрическое и магнитное поле.

  4. Плоские электромагнитные волны. Поверхностный эффект.



4.4. Расчетные задания

3 семестр

  1. Разветвленная цепь постоянного тока.

  2. Разветвленная цепь синусоидального тока.


4 семестр

  1. Несимметричные и несинусоидальные режимы в трехфазных цепях.

  2. Переходные процессы в линейных цепях с сосредоточенными параметрами.


5 семестр

  1. Переходные процессы в длинных линиях.

  2. Расчет потенциальных полей.



4.5. Курсовые проекты и курсовые работы не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, а также с использованием современных мультимедийных средств.

Практические занятия проводятся в традиционной форме с привлечением современных компьютерных технологий и мультимедийных средств.
Лабораторные работы проводятся

- в современной физической лаборатории теории электрических цепей, оснащенной мультимедийным комплексом (интерактивная доска, персональный компьютер);

- в современной учебно-исследовательской лаборатории теории электромагнитного поля (ТЭМП) с Программным Комплексом ANSYS Akademie Reseavsh.

Самостоятельная работа включает выполнение расчетных заданий (типовых расчетов), выполнение индивидуальных контрольных работ и домашних заданий, подготовку к контрольным работам, подготовку к лабораторным работам.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы (аудиторные и индивидуальные домашние), типовые расчеты с их последующей защитой (2 защиты), защита отчета по лабораторной работе (7 защит лабораторных работ).

Аттестация по дисциплине – экзамен.
Оценка за освоение дисциплины определяется оценкой на экзамене.
В приложение к диплому вносится оценка за 5 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин "Теоретические основы электротехники" в 3-х томах. – СПб.: Питер, 2003 г.

  2. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П. А. Бутырина. В 2-х томах. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011 г.

  3. Электротехническая энциклопедия. В 4-х томах. – М.: Издательский дом МЭИ, 2005-2010 г.

  4. С.С. Николаев, В. И. Пищиков. Сборник задач повышенной сложности по теоретической электротехнике. – М.: «Знак», 2000 г.

 б) дополнительная литература:

  1. Бутырин П.А., Васьковская Т.А. Диагностика электрических цепей по частям. Теоретические основы и практикум: Учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2003.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://msdn2.microsoft.com/en-us/academic/bb250616.aspx#developerincluded

http://ni.com/labview

http://www.ansys.com

б) другие:

Электронный курс лекций. Электронный каталог НТБ МЭИ

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

- классической лаборатории теории электрических цепей, носящей имя К.А.Круга, оснащенной современным мультимедийным комплексом (ауд. З-105);

- лаборатории виртуальных инструментов электротехники — 20 стендов с ПК, которые оснащены аппаратно-программными средствами фирмы "National Instruments" (ауд. З-203);

- лаборатории теории электромагнитного поля (ТЭМП) с Программным Комплексом ANSYS Akademie Reseavsh. (ауд. З-402, З-205)
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» по всем профилям модуля «Электроэнергетика».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Жохова М.П..

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИЭЭ

к.т.н., с.н.с. Кузнецов О.Н.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

д.т.н., профессор Бутырин П.А.