Теоретические основы электротехники — Тематическое содержание дисциплины

3 семестр.

Модуль: Основные понятия и законы электрических цепей.

Электрическая цепь. Основные определения. Ток и напряжение. Пассивные элементы и их параметры. Схема электрической цепи. Топологические элементы схемы. Основные законы эл.цепей.

Электрическая цепь с одним источником энергии. Понятие активного и пассивного двухполюсника. Эквивалентные схемы активного двухполюсника. Понятие входного сопротивления. Простейшие преобразования пассивных цепей. Передача мощности от активного к пассивному двухполюснику.

Модуль: Анализ цепей при постоянных и синусоидальных воздействиях.

Переменный синусоидальный ток. Синусоидальная функция, ее характеристика. Комплексная плоскость, действия на комплексной плоскости. Изображение синусоидальной функции вектором на комплексной плоскости. Синусоидальный ток в цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Комплексные соотношения. Векторные диаграммы. Законы Кирхгофа в комплексной форме. Последовательное соединение активного сопротивления, индуктивности, емкости. Комплекс входного сопротивления. Аналогия уравнений. Расчет электрических цепей с одним источником.

Методы расчета электрических цепей в установившихся режимах Метод наложения. Метод контурных токов. Метод узловых потенциалов. Метод эквивалентного генератора. Мощность в электрических цепях. Баланс мощностей.

Резонанс в электрической цепи. Последовательный колебательный контур. Параллельный колебательный контур.

Индуктивно связанные электрические цепи. Взаимная индукция. Последовательное соединение катушек. Согласное, встречное включение. Расчет цепей со взаимной индуктивностью в установившемся режиме. Трансформатор без сердечника.

Связанные контура. Связанные колебательные контура, настройка, частотные характеристики, полоса пропускания. Передача энергии между индуктивно связанными элементами.

Модуль. Трехфазные электрические цепи.

Элементы трехфазных электрических цепей. Основные определения. Анализ трехфазных электрических цепей.Мощность трехфазных электрических цепей.

Модуль. Основа теории четырехполюсников, фильтров и активных цепей.

Четырехполюсники. Уравнения передачи и параметры четырехполюсников. Простые четырехполюсники. Характеристические параметры.

Четырехполюсники. Фильтры. Рабочие параметры четырехполюсников. Элементарные фильтры. Лестничные фильтры. Мостовые фильтры. Безындукционные фильтры.

Фильтры. Расчет фильтров. Матрицы параметров и схемы замещения четырехполюсников.

Расчет активных цепей. Транзистор и режим малого сигнала. Методы анализа активных цепей.

Расчет активных цепей с использованием графов. Применение направленного графа прохождения сигналов. Обратная связь. Влияние обратной связи на характеристики активных четырехполюсников.

Модуль. Электрические цепи несинусоидального тока.

Классификация несинусоидальных цепей. Причины возникновения несинусоидальных источников. Несинусоидальные кривые с периодической огибающей. Представление периодических несинусоидальных функций.Преобразование Фурье. Ряд и интеграл Фурье.Свойства преобразования Фурье. Спектры сигналов. Спектры апериодических функций, некоторых форм сигналов. Спектры модулированных колебаний.  Анализ электрических цепей при несинусоидальном воздействии.  Влияние приемника на форму тока при несинусоидальном напряжении. Действующие значения токов, напряжений. Мощность несинусоидальных электрических цепей. Анализ цепей спектральным методом. Передача сигналов через четырехполюсные цепи

Модуль: Электрические нелинейные пассивные и активные цепи.

Общие понятия об элементах нелинейных цепей. Нелинейные двухполюсники и четырехполюсники. Явления в нелинейных цепях постоянного и переменного тока. Определение рабочих точек на характеристиках нелинейных двухполюсников и четырехполюсников. Методы расчета нелинейных цепей. Магнитные цепи.

Анализ нелинейных активных цепей. Эквивалентные схемы нелинейных цепей. Анализ активных цепей с помощью эквивалентных схем.

Анализ простых выпрямительных схем. Простейшие выпрямители. Вентили в цепях с постоянными и переменными ЭДС. Управляемые вентили в простейших выпрямителях и инверторе.

 

4 семестр.

Модуль: Методы анализа переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами.

Основные понятия и определения. Классический метод. Переходный процесс при включении цепи с катушкой индуктивности на постоянное и синусоидальное напряжение. Переходный процесс при включении конденсатора на постоянное и синусоидальное напряжение.

Анализ переходных процессов в цепях второго порядка. Порядок характеристического уравнения. Разряд конденсатора на катушку индуктивности. Включение конденсатора и катушки индуктивности на синусоидальное напряжение.

Операторный метод расчета переходных процессов. Преобразование Лапласа и его свойства. Эквивалентные операторные схемы. Законы Кирхгофа, Ома и операторной форме. Анализ переходного процесса операторным методом. Анализ переходного процесса с помощью преобразования Лапласа по заданной комплексной частотной характеристике. Анализ переходных процессов при некорректных начальных условиях.

Дифференцирующие и интегрирующие цепи. Дифференцирующая цепь CR . Интегрирующая цепь RC. Применение дифференцирующего усилителя.

Метод переменных состояния.

Модуль: Анализ переходных процессов при воздействии сигналов произвольной формы..

Единичная функция. Переходная характеристика. Импульсная функция.. Импульсная характеристика. Взаимосвязь переходной и импульсной характеристик. Интеграл Дюамеля. Интеграл наложения. Применение операторного метода для анализа переходных процессов при произвольном воздействии.

Операторная функция передачи, ее связь с переходной и импульсной характеристиками..Устойчивость цепей.

 

Модуль: Цепи с распределенными параметрами.

Определение.. Динамические погонные параметры. Телеграфные уравнения. Уравнения Гельмгольца. Характеристические параметры линии. Решение динамических уравнений Волновые процессы в линии с распределенными параметрами. Распределение токов и напряжений вдоль линии.Прямо и обратно бегущие волны. Параметры волн. Режимы длинной линии. Линии без искажений. Линии без потерь. Согласованный режим работы линии.Согласование линии с нагрузкой. Экспериментальное определение параметров линии.

 

Модуль: Теория электромагнитного поля. Уравнения Максвелла.

Теория электромагнитного поля. Основные вектора. Суперпозиция. Средние величины и понятие сплошных сред. Теория цепей и теория поля. Градиент. Дивергенция. Ротор. 

Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме. Уравнения Лапласа-Пуассона.  

Скалярные и векторные потенциалы. Потенциальное поле. Соленоидное поле. Вихревое поле. Векторный потенциал. Граничные условия.

Расчет поля по интегральным уравнениям. Расчет емкости плоского конденсатора. Расчет активного сопротивления. Расчет поля ферритового сердечника.

Следствия, вытекающие из уравнений Максвелла. Электромагнитные волны, линии с распределенными параметрами.

Модуль: Переменное электромагнитное поле.

Диэлектрик и ферромагнетик в переменном поле. Ток поляризации и ток смещения. Запаздывание поляризации. Диэлектрические потери. Комплексная восприимчивость и проницаемость. Эквивалентные параметры. Электрическая петля гистерезиса.

Плоская электромагнитная волна в диэлектрике. Волновое уравнение. Распространение плоской волны.

 

Темы практических занятий.

 

3 семестр.

1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии (закон Ома, входное сопротивление, преобразования).

2. Расчет сложных цепей постоянного тока.(методы: контурных токов , узловых потенциалов).

3. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока методом эквивалентного активного двухполюсника.   

4. Расчет электрических цепей при синусоидальном воздействии классическим методом. Векторные диаграммы.

5. Расчет  электрических цепей при синусоидальном воздействии символическим методом.

6. Расчет цепей со взаимной индуктивностью (последовательное соединение, разветвленная цепь, воздушный трансформатор).

7. Расчет резонансных режимов (определение резонансных частот, характеристик резонансных контуров, резонанс в цепях с М).

8. Расчет трехфазных электрических цепей.

9. Расчет электрических цепей при несинусоидальных воздействиях.

 

4 семестр.

1. Расчет параметров четырехполюсников (определение коэффициентов разных форм по известной схеме)..

2. Определение частотных характеристик четырехполюсников.

3. Законы коммутации. Определение начальных условий.

4. Переходные процессы в цепях 1-го порядка в цепях постоянного (классический метод).

5. Переходные процессы в цепях 1-го порядка в цепях переменного (классический метод).

6. Переходные процессы в цепях 2-го порядка (классический метод).

7. Операторный метод расчета переходных процессов (эквивалентные операторные схемы, расчет, теорема разложения)..

8. Переходные процессы в линейных цепей при воздействии сигналов произвольной формы (интеграл Дюамеля)..

9. Метод переменных состояния.

 

Темы лабораторных работ.

3 семестр.

1. Изучение источников питания и основных измерительных  приборов  лаборатории  основ  теории цепей (ЛР № 1).

2. Исследование  стационарного  состояния разветвленной линейной электрической цепи.постоянного тока (ЛР № 4).

3. Экспериментальное исследование пассивных элементов цепи в частотной области при последовательном соединении (ЛР № 5)..

4. Пассивный двухполюсник в цепи синусоидального тока и его схемы замещения (ЛР № 6).

5. Резонанс в электрических цепях (ЛР № 8).

6. Исследование линейных электрических цепей с индуктивно связанными катушками (ЛР № 11).

7. Автоматизированный анализ электрических цепей при гармонических воздействиях (ЛР № 29).

 

4 семестр.

1. Исследование линейного пассивного четырехполюсника (ПР № 20).

2. Исследование свойств R-C цепей (ЛР № 22)

3. Исследование процессов заряда и разряда конденсатора (ЛР № 23).

4. Исследование переходных процессов в цепях с индуктивным элементом (ЛР № 24).

5. Исследование переходных процессов в цепях с двумя реактивными элементами (ЛР № 25).

6. Компьютерный анализ переходных процессов (ЛР № 30).

7. Исследование модели однородной длинной линии (ЛР № 26).

8. Компьютерный анализ режимов работы отрезков линии без потерь).

 

Самостоятельная работа студентов

3 Семестр

Контрольная работа «Методы расчета линейных электрических цепей постоянного и синусоидального тока».

1. Анализ двухполюсников в цепи постоянного тока.
2. Расчет разветвленной цепи постоянного тока.
3. Анализ простых электрических цепей переменного тока (классический метод).
4. Анализ электрических цепей переменного тока символическим методом.
5. Расчет электрических цепей с индуктивно связанными элементами.
6. Расчет электрических цепей в резонансных режимах.
7. Анализ трехфазных электрических цепей.

РГЗ - 1 «Линейные цепи постоянного тока».

РГЗ – 2  «Линейные цепи переменного тока».

 

4 Семестр

Контрольная работа  «Параметры четырехполюсников. Анализ переходных процессов».

1. Первичные параметры четырехполюсника.
2. Вторичные параметры четырехполюсника.
3. Определение начальных условий.
4. Анализ переходных процессов в цепях постоянного тока.
5. Анализ переходных процессов в цепях переменного тока.
6. Интеграл Дюамеля.

Курсовая работа «Анализ режимов работы четырехполюсников».