Навчальна програма дисципліни "електротехніка" для напряму підготовки: 051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології»

Вид материала

Документы

Содержание I. загальні відомості Вивчення дисципліни надає студентам знання Ii. зміст навчального матеріалу Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму. Тема 1.3. Нелінійні електричні кола постійного струму. Тема 1.4. Магнітні кола. Змістовий модуль 2. Тема 2.2. Лінійні електричні кола трифазного струму. Тема 2.3. Теорія лінійних чотириполюсників. Тема 2.4. Лінійні електричні кола періодичного несинусоїдного струму. Змістовий модуль 3. Класичний метод розрахунку перехідних процесів Операторний метод розрахунку перехідних процесів Модульна контрольна робота до змістовного модуля 3 Iv. приблизний перелік лабораторних робіт V. індивідуальні семестрові завдання Змістовий модуль 1. електричні та магнітні кола за постійних струмів Vi. контрольні роботи Змістовий модуль 1. електричні та магнітні кола за постійних струмів Змістовий модуль 3. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Програма дисципліни „ Теорія електричних сигналів І кіл" для напрямку підготовки 051001, 143.21kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни " Електропостачання " для студентів напряму, 511.24kb.
• Робоча навчальна програма кредитного модуля з дисципліни "Цифрова обробка сигналів", 410.54kb.
• Робоча програма з навчальної дисципліни Електротехнічні матеріали для студентів напряму, 153.15kb.
• Навчальна програма навчальної дисципліни для підготовки бакалаврів напряму підготовки, 318.02kb.
• Робоча навчальна програма дисципліни комунікативні технології в інформаційному суспільстві, 158.35kb.
• Робоча навчальна програма дисципліни методика підготовки документів для базового напряму, 156.32kb.
• А. Назва й адреса, 1279.76kb.
• А. Назва й адреса, 4294.6kb.
• А. Назва й адреса, 2092.49kb.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”


“Затверджую”

Декан

факультету авіаційних та космічних систем


_________________ проф. О. В. Збруцький

^{(підпис)}

“ 26 ” “ червня ” 2007 р.


НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА ДИСЦИПЛІНИ

“ЕЛЕКТРОТЕХНІКА”

для напряму підготовки:

6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології»

за спеціальністю 6.091302 «Метрологія та вимірювальна техніка»

Ухвалено методичною комісією факультету авіаційних та космічних систем Протокол № 11 від 25.06 2007 р. Голова методичної комісії __________________ доц. Ю. В. Бобков (підпис) (ініціали, прізвище)

Програму рекомендовано кафедрою теоретичної електротехніки Протокол № 9 від 23. 05. 2007 р. Завідувач кафедри __________________ проф. А. А. Щерба (підпис) (ініціали, прізвище)

Київ – 2007

I. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Дисципліна «Електротехніка» займає важливе місце серед загальнотехнічних дисциплін, які визначають теоретичний рівень професійної підготовки бакалаврів спеціальності «Метрологія та вимірювальна техніка». Дисципліна знайомить студентів з фізичними особливостями і законами, яким підлягають електромагнітні явища і процеси, методами аналізу електричних і магнітних кіл, генеруванням, передаванням і розподілом електроенергії; елементами конструкцій, принципами роботи та основними характеристиками електричних машин.

Дисципліна «Електротехніка» відноситься до циклу професійно-практичної підготовки студентів, має статус нормативної, складається з одного кредитного модуля – 3/НП-04/1/5.5.

Запезпечуючими дисциплінами для «Електротехніки» слід визначити кредитні модулі нормативних дисциплін циклу природо-наукової підготовки:

• Вища математика – 1. Аналітична геометрія. Лінійна алгебра. Диференціальне числення. – 1/НФ-01/1/9.
  
• Вища математика – 2. Інтегральне числення. – 2/НФ-01/2/7.
  
• Вища математика – 3. Диференційні рівняння. Аналітичні функції. – 3/НФ-01/3/7.
  
• Фізика – 1. Механіка. Молекулярна фізика. Електростатика. – 1/НФ-02/1/7.
  
• Фізика – 2. Магнетизм. Оптика. Атомна фізика. – 2/НФ-02/2/5.
  
• Обчислювальна техніка та програмування – 2. Інформаційні технології в професійній галузі. – 2/НФ-05/2/5.5.
  

В свою чергу дисципліна «Електротехніка» в цілому та окремі розділи курсу використовуються при вивченні змістовних модулів дисциплін із циклу професійно-практичної підготовки бакалаврів та циклу ВНЗ. До переліку забезпечуваних слід віднести дисципліни:

нормативні із циклу професійно-практичної підготовки:

• Теорія електричних сигналів та кіл – 1. Теорія сигналів. – 3/НП-06/1/3.5.
  
• Теорія електричних сигналів та кіл – 2. Вимірювальні кола. – 4/НП-06/2/6.
  

за вибором ВНЗ:

• Електронні пристрої ІВТ – 2. Аналогові електронні пристрої. – 4/ЗП-03/1/8.
  

Рекомендації, щодо розподілу навчального часу за видами занять та різними формами навчання:

Форма навчання	семестри	Всього кредитів / годин	Розподіл навчального часу за видами занять						семестрова атестація
			лекції	практичні заняття	семінарські заняття	лабораторні роботи	Комп’ютерний практикум	СРС
денна	3	5.5 / 198	45	18	-	18	-	117	екзамен
заочна

Основна мета викладання навчальної дисципліни – ознайомити студентів з основними поняттями та законами, яким підлягають електромагнітні явища, та надати студентам знання такого рівня, аби вони могли аналізувати явища в електричних і магнітних колах постійного та змінного струмів, правильно експлуатувати електротехнічні та електровимірювальні пристрої.

Завдання дисципліни – сформувати у студентів систему знань для самостійного застосування методів аналізу електромагнітних процесів у технічних пристроях і системах та набуття практичних навичок використання методів теоретичної електротехніки у спеціальних дисциплінах.

Вивчення дисципліни надає студентам знання:

• про основні поняття та закони електричних і магнітних кіл;
  
• про методи аналізу та розрахунки усталених процесів в колах постійного, синусоїдного та періодичного несинусоїдного струмів; резонансні режими, про енергетичні процеси в електричних колах;
  
• про методи аналізу перехідних процесів у лінійних електричних колах зі зосередженими параметрами;
  
• про особливості перебігу електромагнітних процесів у нелінійних електричних та магнітних колах і методи їх розрахунку;
  
• про побудову та принципи дії трансформаторів, генераторів і двигунів постійного та змінного струмів.
  

В результаті вивчення курсу студенти мають набути уміння:

• аналізувати прості і розгалужені електричні лінійні кола постійного струму методами безпосереднього застосування законів Ома і Кірхгофа, контурних струмів, вузлових потенціалів, накладання і активного двополюсника;
  

• визначати миттєві значення струмів і напруг на ділянках простих кіл синусоїдного струму з послідовним чи паралельним сполученням елементів; будувати векторні діаграми напруг, суміщені з векторними діаграмами струмів. Визначати покази амперметрів, вольтметрів і ватметрів, увімкнених на ділянках кіл;
  
• визначати активну і реактивну потужності, які споживаються пасивною ділянкою електричного кола при заданих миттєвих значеннях струму і напруги на затискачах ділянки;
  

• аналізувати прості і розгалужені кола синусоїдного струму без взаємоіндукції і з індуктивно зв’язаними вітками символічним методом; перевіряти результати аналізу, записуючи баланс комплексних потужностей, і через побудову векторної діаграми; визначати активну, реактивну і повну генеровані та споживані потужності;
  
• обчислювати комплексні частотні функції кола (вхідні і передатні), будувати та аналізувати частотні характеристики вхідних і передатних функцій кола:
  
• аналізувати режими резонансу напруг і струмів в електричних колах, з’ясовувати умови резонансних режимів у складних колах, аналізувати частотні характеристики послідовного та паралельного коливальних кіл;
  
• записувати основну систему рівнянь чотириполюсника і розраховувати його вторинні параметри, вхідний і вихідний опори, розраховувати параметри еквівалентних схем заміщення чотириполюсника Т- і П-типів;
  
• аналізувати розгалужені кола періодичних струмів: визначати ємнісні та індуктивні опори ділянок кола для вищих гармонік періодичних струмів; миттєві значення напруг та струмів; покази вольтметрів, амперметрів та ватметрів;
  
• проаналізувати перехідний процес у лінійному колі першого чи другого порядків класичним і операторним методами при живленні кола від постійного чи синусоїдного джерела;
  
• розрахувати нелінійне електричне коло з послідовним і паралельним з’єднанням нелінійних резистивних елементів за постійних струмів і напруг графічними методами еквівалентних перетворень чи перетину характеристик.
  

Під час вивчення дисципліни студенти отримують навички:

• роботи з контрольно-вимірювальною апаратурою в процесі експериментальних досліджень електромагнітних процесів в електричних і магнітних колах на лабораторних пристроях і моделях;
  
• моделювання електричних схем у віртуальній лабораторії та здійснення досліджень їх функціонування за допомогою віртуальних контрольно-вимірювальних пристроїв;
  
• самостійної роботи з дистанційними курсами, навчальною, навчально-методичною та довідковою літературою.
  

II. ЗМІСТ НАВЧАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ

КРЕДИТНИЙ МОДУЛЬ «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА» – 3/НФ-05.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1.

ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ

Тема 1.1. Основні поняття та закони електричних кіл.

Предмет і зміст дисципліни, навчальна література. Диференціальні та інтегральні параметри середовища й інтенсивності електромагнітного процесу. Поняття про електричні і магнітні кола, лінійні і нелінійні кола, їх схеми і параметри стану. Поняття про кола зі зосередженими та розподіленими параметрами, усталений і перехідний режими кіл. Закон Кулона. Електрична напруга, електричний потенціал і електрорушійна сила. Визначення електростатичного поля і поля постійних струмів як потенціальних. Електричні струми провідності, переносу й електричного зміщення. Принцип неперервності електричного струму. Заряд і розряд конденсатора. Енергія й потужність в електромагнітному полі. Закон Джоуля-Ленца. Рівняння енергетичного балансу.

Схеми заміщення електричних кіл. Ідеалізовані активні і пасивні елементи схем заміщення, їх умовні графічні позначення та компонентні рівняння. Реальні компоненти електричних схем: резистори, конденсатори, котушки індуктивності, їх технічні параметри. Послідовна і паралельна схеми заміщення реальних джерел енергії у колах постійного струму. Основні закони електричних кіл: закон Ома для резистивної ділянки кола, ділянки кола з джерелом ЕРС і поодинокого контура; закони Кірхгофа. Топологія схем заміщення електричних кіл. Математична модель кола.

Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму.

Поняття простих і складних розгалужених кіл. Еквівалентні перетворення схем електричних кіл з послідовним і паралельним сполученням опорів, сполученнями «трикутник» або «зірка»; перетворення джерел: винесення джерела ЕРС за вузол та занесення джерела струму до контура. Метод згортки і метод пропорційних величин для розрахунку простих кіл. Повна гібридна математична модель складного електричного кола. Скорочені однобазисні математичні моделі. Метод контурних струмів і метод вузлових потенціалів. Принцип накладання і метод накладання. Вхідні та взаємні провідності віток. Активний двополюсник. Теореми Тевенена і Нортона. Метод еквівалентного генератора. Передавання електроенергії від активного двополюсника до пасивного.

Тема 1.3. Нелінійні електричні кола постійного струму.

Поняття нелінійного кола. Безінерційні та інерційні нелінійні елементи, пасивні та активні нелінійні елементи. Резистивні, індуктивні та ємнісні нелінійні елементи. Керовані нелінійні елементи. Нелінійні елементи як перетворювачі спектрів періодичних напруг та струмів. Різноманітність нелінійних явищ, що використовується пристроями сучасної електроніки.

Математичні моделі нелінійних резистивних кіл. Загальна характеристика методів розрахунку нелінійних електричних кіл постійного струму. Визначення параметрів елементів лінеаризованих схем заміщення нелінійних елементів на відрізках ВАХ. Метод послідовно-кускових наближень. Графічні методи інженерної практики: метод еквівалентних характеристик і метод перетину характеристик. Застосування теореми про активний двополюсник для розрахунку кіл з лінійними і нелінійними елементами.

Тема 1.4. Магнітні кола.

Основні величини, що характеризують магнітне поле. Магнітний потік і потокозчеплення. Принцип неперервності магнітного потоку. Закон повного струму. Магнітні кола постійних магнітних потоків. Магніторушійна сила та магнітна напруга. Вебер-амперні характеристики ділянок магнітного кола. Схеми заміщення магнітних кіл. Закони Ома і Кірхгофа для магнітних кіл. Аналогія методів аналізу електричних і магнітних кіл.

Модульна контрольна робота до змістовного модуля 1

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2.

УСТАЛЕНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ КОЛАХ ПЕРІОДИЧНОГО СТРУМУ

Тема 2.1. Лінійні електричні кола однофазного синусоїдного струму.

Генерування синусоїдної ЕРС. Основні величини, які характеризують синусоїдні напруги і струми: амплітуда, початкова фаза, кутова частота, діюче значення, середнє значення за півперіодом, зсув фаз синусоїд однакової частоти. Зображення синусоїдних струмів і напруг за допомогою часових діаграм, обертових векторів і комплексних чисел, математичні дії над ними. Активний опір, ємність і індуктивність при гармонічному збудженні: компонентне рівняння, векторна діаграма, активна і реактивна потужності, часові діаграми струму, напруги, миттєвої потужності й енергії для кожного елемента. Параметри і еквівалентні схеми реостатів, конденсаторів і котушок. Закони Ома і Кірхгофа в комплексній формі. Комплексний опір і комплексна провідність. Електричне коло з послідовним сполученням елементів R,L,C: розрахунок і векторна діаграма. Усталений синусоїдний режим в колі з паралельним з’єднанням R,L,C. Алгоритм аналізу символічним методом будь-якого кола синусоїдного струму в усталеному режимі. Топографічні векторні діаграми напруг. Пасивний двополюсник в колі синусоїдного струму. Потужність у колі синусоїдного струму: миттєва, активна, реактивна, повна. Техніко-економічне значення підвищення коефіцієнта потужності та способи компенсації реактивної потужності. Комплексне зображення потужності. Теорема Ланжевена про баланс комплексних потужностей. Вимірювання активної потужності ватметром. Умова передавання максимальної активної потужності від джерела до приймача в колах синусоїдного струму.

Поняття про частотні властивості електричних кіл. Комплексні частотні функції кола та їх класифікація. Частотні характеристики кіл: амплітудно-частотна, фазочастотна і амплітудно-фазова. Коливальні кола як приклади частотно-вибіркових кіл. Послідовний коливальний контур. Режим резонансу напруг. Паралельний коливальний контур. Режим резонансу струмів. Обчислення передатних функцій кола за математичною моделлю у базисах контурних струмів та вузлових напруг.

Електричні кола з індуктивними зв'язками віток. Компонентні рівняння індуктивно зв’язаних котушок. Послідовне і паралельне з’єднання віток з індуктивним зв’язком. Методи розрахунку складних кіл з взаємоіндукцією. Розв'язування індуктивного зв’язку. Передавання енергії потоком взаємоіндукції. Баланс потужностей в колі з взаємоіндукцією. Призначення та області застосування трансформаторів. Принцип дії і будова однофазного трансформатора. Основні рівняння трансформатора. Ідеальний трансформатор. Схема заміщення трансформатора.

Тема 2.2. Лінійні електричні кола трифазного струму.

Багатофазні кола і система їх класифікації. Основні визначення. Генерування трифазної системи ЕРС. Розрахунок несиметричного режиму роботи чотирипровідного і трипровідного трифазного кола при сполученні фаз джерела і приймача зіркою. Векторна діаграма симетричного і несиметричного трифазних кіл, сполучених зіркою. Аналіз симетричних і несиметричних трифазних кіл при сполученні фаз джерела і приймача трикутником. Потужність у трифазному колі та її вимірювання. Обертове магнітне поле.

Класифікація електричних машин. Будова та принципи дії асинхронних і синхронних машин в режимах генератора і двигуна. Механічні та робочі характеристики.

Тема 2.3. Теорія лінійних чотириполюсників.

Основні системи рівнянь чотириполюсників і їх взаємозв'язок. Визначення первинних параметрів чотириполюсника. Вхідний і вихідний опори. Вторинні параметри чотириполюсника: характеристичні опори, коефіцієнт трансформації і коефіцієнт поширення симетричного чотириполюсника. Схеми заміщення пасивних чотириполюсників.

Тема 2.4. Лінійні електричні кола періодичного несинусоїдного струму.

Поняття лінійчатого спектра, амплітудної та фазової спектральних діаграм. Діюче значення періодичних несинусоїдних функцій часу. Спектральний метод аналізу лінійних кіл з несинусоїдним збуренням. Потужність у колах несинусоїдного струму. Вплив індуктивності і ємності на форму несинусоїдних струмів і напруг. Явище резонансу у колах періодичного струму. Пасивні електричні фільтри: смугові і загороджувальні.

Модульна контрольна робота до змістовного модуля 2

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3.

ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ ЗІ ЗОСЕРЕДЖЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Тема 3.1. Перехідні процеси в лінійних колах.

Поняття перехідного процесу. Закони комутації. Залежні і незалежні початкові умови.

Класичний метод розрахунку перехідних процесів. Представлення перехідних струмів та напруг як суми вимушених та вільних складових. Визначення характеристичного рівняння кола методом вхідного опору і розрахунок вільних складових за його коренями. Алгоритм аналізу перехідного процесу у колі класичним методом. Аналіз класичним методом кіл першого порядку R,L та R,С при вмиканні на сталу ЕРС, синусоїдну ЕРС і в режимі короткого замикання кола. Часові діаграми струмів і напруг у відповідних режимах.

Операторний метод розрахунку перехідних процесів. Закони Ома і Кірхгофа в операторній формі. Еквівалентні операторні схеми кола. Теорема розкладання: перехід від операторного зображення до оригіналу. Послідовність розрахунку перехідних процесів операторним методом. Приклад аналізу перехідного процесу у колі з двома реактивними елементами R,L,C: особливості вільного процесу (аперіодичного і коливального) на прикладі розряду конденсатора на індуктивність та опір при увімкнення кола R,L,C до джерела постійної напруги. Операторні передатні функції. Карта нулів та полюсів передатної функції.

Перехідні процеси при увімкненні кола до джерела з напругою складної форми. Перехідні та імпульсні функції кола. Інтеграл Дюамеля.

Модульна контрольна робота до змістовного модуля 3

ІІІ. ПРИБЛИЗНА ТЕМАТИКА ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Засвоєння курсу «Електротехніка» неможливе без набуття навичок розв’язання різноманітних практичних задач. Практичні заняття дають можливість оволодіти розрахунковими методами, розвинути самостійність у застосуванні теоретичних знань. Завдання, що пропонуються студентам на практичних заняттях, підбираються викладачем з урахуванням майбутнього фаху студентів.

1. Основні закони електричних кіл. Еквівалентні перетворення пасивних ділянок електричного кола. Розрахунок простих електричних кіл постійного струму методом згортки.
   
2. Математичні моделі електричних кіл. Запис системи рівнянь моделі розгалуженого електричного кола постійного струму методом безпосереднього застосування законів Ома і Кірхгофа. Баланс потужностей.
   
3. Розрахунок складних електричних кіл постійного струму методами контурних струмів і вузлових потенціалів. Метод еквівалентного генератора. Передавання електроенергії від активного двополюсника до пасивного.
   
4. Подання гармонічної функції комплексним числом. Основні операції з комплексними числами. Розрахунок кіл синусоїдного струму символічним методом.
   
5. Розрахунок розгалужених кіл синусоїдного струму за наявності взаємоіндукції Обчислення комплексних частотних функцій. Аналіз режимів резонансу напруг і резонансу струмів у простих електричних колах.
   
6. Аналіз трифазних кіл за умовою сполучення споживачів зіркою та трикутником.
   
7. Аналіз лінійних електричних кіл періодичного несинусоїдного струму
   
8. Аналіз перехідних процесів у лінійних колах класичним методом.
   
9. Аналіз перехідних процесів у лінійних колах операторним методом.
   

IV. ПРИБЛИЗНИЙ ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Лабораторний практикум з дисципліни «Електротехніка» передбачає фронтальний метод виконування лабораторних робіт з максимальною індивідуалізацією завдань і спрямований на здобуття у студентів навичок побудови, налагодження та дослідження типових електричних і електронних схем. Лабораторний практикум допомагає студентам засвоїти теоретичний матеріал та оволодіти методологію експериментальних досліджень. В лабораторії студенти розвивають спостережливість, поглиблюють інтерес до дисципліни, яка вивчається.

Підвищення ефективності вищої школи передбачає інноваційну модель навчання з використанням сучасних комп’ютерних, інформаційних та комунікативних технологій. Рекомендується виконання лабораторного практикуму за змішаною формою: половину робіт традиційно у спеціально обладнаних навчальних лабораторіях кафедри теоретичної електротехніки на навчально-дослідних лабораторних стендах, а інші – у комп’ютерних класах з використанням віртуальних лабораторій, наприклад, Electronics Workbench, програмного продукту National Instruments Electronics Workbench Group, який використовують у багатьох країнах світу як з метою навчання майбутніх фахівців у електронній галузі, так і для проектування складних електричних кіл. Отже, студенти мають здійснити як натурні, так і імітаційні експерименти з метою практичного підтвердження окремих теоретичних положень навчальної дисципліни, що допоможе сформувати навички роботи з контрольно-вимірювальною апаратурою у процесі експериментальних досліджень електромагнітних процесів в електричних і магнітних колах на лабораторних пристроях і моделях та зорієнтувати студентів на використання комп’ютерних засобів як основного інструмента інженера-фахівця.

Завдання лабораторного практикуму повністю чи частково можуть поєднуватися з робочими завданнями на практичних заняттях та з виконанням розрахунково-графічних робіт.

1. Закони Ома і Кірхгофа.
   
2. Дослідження простого лінійного кола постійного струму.
   
3. Метод накладання.
   
4. Дослідження активного двополюсника. Передавання електроенергії від активного двополюсника до пасивного.
   
5. Дослідження елементарних кіл синусоїдного струму.
   
6. Дослідження електричних кіл синусоїдного струму з мішаним сполученням елементів.
   
7. Резонанс в електричних колах.
   
8. Дослідження електричних кіл з індуктивно зв’язаними котушками.
   
9. Дослідження однофазного трансформатора.
   
10. Дослідження трифазних електричних кіл при сполучені фаз джерел та приймачів „зіркою”.
    
11. Дослідження пасивного чотириполюсника змінного струму.
    
12. Дослідження лінійних кіл несинусоїдного періодичного струму.
    
13. Дослідження перехідних процесів у колах першого та другого порядків.
    

V. ІНДИВІДУАЛЬНІ СЕМЕСТРОВІ ЗАВДАННЯ

Важливою складовою частиною процесу вивчення дисципліни «Електротехніка» є контрольована самостійна робота студентів. Мета індивідуальних завдань: 1) надати студентам уміння і навичок самостійного аналізу електричних кіл та електронних пристроїв, 2) надати можливість студентам, які планують перехід на магістерську підготовку, поглиблено вивчити окремі теми й питання програми. Робота над індивідуальним завданням вимагає від студентів застосування як стандартних методів, так і пошуків нестандартних підходів до розв‘язання поставленої задачі, аналізу одержаного результату, сприяє розвитку у студентів наукового мислення. Завдання орієнтовані на використання обчислювальної техніки і наближені до реальних інженерних проблем майбутнього фаху студентів.

Рекомендується виконувати індивідуальну розрахунково-графічну роботу «Аналіз усталеного синусоїдного і перехідного процесів у лінійному електричному колі зі зосередженими параметрами». Виконання РГР допомагає студентам отримати навички аналізу усталених процесів у розгалужених електричних колах однофазного синусоїдного струму, зокрема у випадку наявності індуктивно зв’язаних віток, та аналізу перехідних процесів у колах першого порядку під час живлення від джерел імпульсної напруги. Роботи оформлюються студентами на паперовому носії та подаються особисто, де розглядаються у встановленому порядку. Захист РГР відбувається очно перед викладачем.

У навчальному процесі дуже важлива така форма індивідуальної роботи студентів, як самостійне вивчення деяких питань курсу, що входять до програмного матеріалу. Для самостійного вивчення з написанням пропонуються теми:

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ

Тема 1.1. Основні поняття та закони електричних кіл.

Фізичні основи електротехніки: електромагнітне поле, його рівняння в інтегральній формі; напруга, електричний струм провідності, переносу і зміщення.

Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму

Принцип взаємності. Теорема компенсації. Теорема Нортона.

Література: [1, §§ 15, 16], [2, §§ 1-10.-1-12], [3, §§ 2.8-2.10].

Тема 1.3. Нелінійні електричні кола постійного струму.

Класифікація нелінійних елементів електричних кіл. Резистивні, індуктивні та ємнісні нелінійні елементи.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. УСТАЛЕНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ КОЛАХ ПЕРІОДИЧНОГО СТРУМУ

Тема 2.1. Лінійні електричні кола однофазного синусоїдного струму.

Трансформатори спеціального призначення: випростувальні, зварювальні, вимірювальні.

Література: [4, §§ 7.6-7.9 ].

Тема 2.2. Лінійні електричні кола трифазного струму.

Асинхронні виконавчі двигуни і тахогенератори. Література: [4, §§ 9.4, 9.5], [12, § 10.3]. Трифазні трансформатори. Література: [2, §§ 13-3], [4, § 7.6 ].

Тема 2.3. Теорія лінійних чотириполюсників

Застосування методу чотириполюсника до аналізу електричних схем.

Література: [2, Гл. 3], [3, § 4.5], [16].

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ ЗІ ЗОСЕРЕДЖЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Тема 3.1. Перехідні процеси в лінійних колах.

Аналіз класичним методом кола R,С при вмиканні на сталу ЕРС, синусоїдну ЕРС і в режимі короткого замикання кола. Часові діаграми струмів і напруг у відповідних режимах.

VI. КОНТРОЛЬНІ РОБОТИ

Роботу студентів слід оцінювати на протязі всього семестру, здійснюючи накопичення рейтингових балів за різнобічну навчально-пізнавальну діяльність студентів з кредитного модуля. Контрольні заходи під час вивчення дисципліни «Електротехніка» передбачають поточний, рубіжний та підсумковий контроль. Поточний контроль рекомендується здійснюватися у формі експрес-контролю, що проводиться на лекціях та практичних заняттях, та вхідного контролю на лабораторних роботах.

До рубіжного контролю слід віднести модульні контрольні роботи, які мають виконуватися для перевірки певних знань і умінь студентів після кожного змістовного модуля (логічно завершеної частини навчального матеріалу дисципліни). Таким чином, рекомендована кількість модульних контрольних робіт для навчального робочого плану – 3. При цьому рубіжні модульні контрольні роботи пропонується виконувати на практичних чи лабораторних заняттях у комп’ютерних класах на основі комп’ютерної системи підтримки навчання Moodle. Рекомендується обов’язкове виконання модульних контрольних робіт за темами:

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. ЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ КОЛА ЗА ПОСТІЙНИХ СТРУМІВ

Тема 1.1. Основні поняття та закони електричних кіл.

Тема 1.2. Лінійні електричні кола постійного струму.

• МКР „Аналіз лінійних кіл постійного струму”
  

Мета: перевірити уміння студентів:

• Визначити напругу на ділянці кола постійного струму, якщо відомі параметри елементів і значення струму у вітці.
  
• Визначити за законом Ома струм на ділянці кола постійного струму з джерелами ЕРС, без джерел ЕРС, в нерозгалуженому контурі, якщо задані параметри елементів і потенціали вузлів, до яких приєднана вітка.
  
• Визначити потужність, що генерується джерелом ЕРС (ДС) чи споживається пасивною ділянкою кола. Записати рівняння балансу потужностей для кола постійного струму.
  
• Нарисувати послідовну і паралельну схеми заміщення джерела енергії в колі постійного струму. Пояснити, як можна визначити параметри елементів схеми заміщення за дослідними даними.
  

• Визначити еквівалентний опір ділянки електричного кола, що складається з опорів, сполучених послідовно, паралельно, зіркою чи трикутником.
  
• Визначити струми в двох паралельних вітках за правилом „чужого опору”.
  
• Визначити струми у вітках простого електричного кола постійного струму методом згортки.
  
• Записати рівняння математичної моделі кола за законами Кірхгофа.
  
• Визначити струми у вітках складного розгалуженого електричного кола постійного струму методами контурних струмів, вузлових потенціалів, накладання. Скласти і перевірити рівняння енергетичного балансу кола.
  
• Замінити активний двополюсник еквівалентною схемою, що складається з послідовно ввімкнених джерела ЕРС і опору.
  
• З’ясувати умови передавання максимальної потужності від генератора з заданими параметрами у активне навантаження.
  
• Розрахувати струм в окремій вітці кола методом еквівалентного генератора.
  

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. УСТАЛЕНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ КОЛАХ ПЕРІОДИЧНОГО СТРУМУ

Тема 2.1. Лінійні електричні кола однофазного синусоїдного струму.

Тема 2.3. Лінійні електричні кола періодичного несинусоїдного струму

• МКР „Аналіз усталених процесів у лінійних електричних колах періодичного струму зі зосередженими параметрами”.
  

Мета: перевірити уміння студентів:

• Записати аналітичний вираз за часовою діаграмою електричної величини, що змінюється за гармонічним законом і, навпаки, маючи аналітичний запис синусоїдного коливання, нарисувати часову діаграму.
  

• Записати комплексну амплітуду синусоїдної напруги (струму, ЕРС).
  
• Визначити ємнісний і індуктивний опори елементів кола за наданими параметрами (L,C) і частотою джерела, що живить коло.
  
• Визначити комплексний опір ділянки кола синусоїдного струму.
  
• Розрахувати струм на ділянці кола синусоїдного струму з джерелами ЕРС, без джерел ЕРС, в нерозгалуженому контурі за законом Ома в комплексній формі.
  
• Розрахувати миттєві значення струмів і напруг на ділянках кола синусоїдного струму символічним методом. Визначити покази амперметрів, вольтметрів і ватметрів, ввімкнених на ділянках кола.
  
• Скласти баланс комплексних потужностей. Визначити активну, реактивну і повну потужності, які споживаються пасивною ділянкою електричного кола при заданих миттєвих значеннях струму і напруги на затискачах ділянки.
  
• Побудувати векторну діаграму напруг, суміщену з векторною діаграмою струмів.
  
• Записати комплексну вхідну чи передатну функцію кола. Побудувати амплітудно-частотну, фазочастотну та амплітудно-фазову характеристики передатної функції кола.
  
• Проаналізувати коло в режимі резонансу напруг: за відомими параметрами елементів визначити резонансну частоту, діюче значення струму за відомим діючим значенням вхідної напруги; хвильовий опір, добротність контура.
  
• Визначити частоту резонансу струмів на ділянці кола, що складається із паралельно ввімкнених віток з різнохарактерними опорами.
  

• Визначити миттєве значення напруги на індуктивності, що має магнітний зв’язок з іншою індуктивністю.
  
• Визначити значення активної потужності, яка передається через магнітне поле від однієї з магніто зв’язаних котушок до іншої.
  

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3.

ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ в ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ ЗІ ЗОСЕРЕДЖЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Тема 3.1. Перехідні процеси в лінійних колах.

• МКР „Аналіз перехідного процесу у лінійному електричному колі зі зосередженими параметрами”.
  

Мета: перевірити уміння студентів:

• Розрахувати сталу часу кола.
  
• Визначити тривалість перехідного процесу у колі.
  
• Визначити струм (напругу) у колі першого порядку після комутації класичним методом.
  
• Визначити струм (напругу) у колі першого порядку після комутації операторним методом.
  
• Визначити характер перехідного процесу у колі другого порядку і з’ясувати умови зміни характеру перехідного процесу у з коливального на аперіодичний і навпаки.
  

Підсумковий контроль рекомендується планувати у формі екзамену.

VII. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

На основі цієї навчальної програми складається робоча навчальна програма з кредитного модуля «Електротехніка» для студентів напрямку підготовки 6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології» згідно з виділеними годинами.

Навчання з кредитного модуля «Електротехніка» здійснюється на аудиторних заняттях (лекціях, практичних заняттях та заняттях лабораторного практикуму у спеціалізованих лабораторіях з науково-дослідними стендами і вимірювальними приладами та в комп’ютерних класах у віртуальних лабораторіях) та під час самостійної роботи при виконанні розрахунково-графічних робіт та індивідуальних завдань. На першій лекції в кожну академічну групу потрібно надати перелік основної та додаткової літератури, завдання для самостійної роботи та індивідуальні завдання, положення про рейтингову систему оцінювання з планом контрольних заходів, питання до екзамену (заліку) з переліком практичних умінь за кожним змістовим модулем.

Загальносвітовою тенденцією є перенесення акценту навчання на самостійну роботу студентів (СРС), що індивідуалізує навчальний процес, стимулює активність і самостійність роботи студентів у навчанні та підвищує їх особисту відповідальність за результати навчання. Завдання на самостійну роботу передбачають самостійне виконання студентами певного обсягу робіт теоретичного та практичного характеру у відповідності зі змістом навчального матеріалу. При плануванні часу на самостійну роботу студентів необхідно забезпечити баланс часу СРС. Підґрунтям цього розрахунку є орієнтовні норми часу на виконання окремих робіт середнім студентом, які затверджені Методичною радою НТУУ „КПІ”:

• опрацювання лекційного матеріалу, тобто вивчення матеріалу лекції за конспектами та рекомендованими підручниками – (0.3-0.5) години на лекцію;
  

• підготовка до практичного заняття: – (0.5-0.75) години на 1 практичне заняття;
  
• підготовка до лабораторного заняття: – (1-1.5) години на 1 заняття;
  
• підготовка до модульної контрольної роботи: – (2-4) години;
  
• виконання розрахунково-графічної чи графічної роботи : – (10-15) годин;
  
• самостійне вивчення деяких питань курсу, що входять до програмного матеріалу, з написанням реферату: – (8-10) годин;
  
• підготовка до екзамену: – 36 годин.
  

Самостійну роботу студентів слід контролювати на протязі всього семестру, здійснюючи поопераційний контроль і накопичення рейтингових балів за різнобічну навчально-пізнавальну діяльність студентів з кредитних модулів. Положення про рейтингову систему оцінювання (РСО) успішності студентів з дисципліни «Електротехніка» має бути розроблено згідно з «Положенням про кредитно-модульну організацію навчального процесу в НТУУ ”КПІ”» як додаток до робочої навчальної програми з дисципліни.

VIII. НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ

Дисципліна повністю забезпечена навчально-методичною літературою, яка підтримує лекційний матеріал, заняття лабораторного практикуму і самостійну роботу студентів. Бажано застосування у навчальному процесі дистанційних курсів (ДК), розміщених на сервері Українського інституту інформаційних технологій в освіті НТУУ „КПІ” (УІІТО), робота з якими здійснюється через мережу Internet. Передбачається, що застосування дистанційних технологій забезпечить надійну якість та індивідуальний характер навчання. Це важливо для студентів, які унаслідок своєї недостатньої підготовки або індивідуальних особливостей, не встигають засвоювати учбовий матеріал, розрахований на «середнього учня», в примусовому темпі його засвоєння, що має місце в учбових закладах.

Основна література

Підручники та навчальні посібники

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – 638 с.
   
2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: “Энергоатомиздат”, 1989. – 528 с.
   
3. Петренко І.А. Основи електротехніки та електроніки: Навч. посібник для дистанційного навчання: у 2 ч. – Ч.1: Основи електротехніки. – К.: Університет «Україна», 2006. – 411с. Ч.2: Основи електроніки. – К.: Університет «Україна», 2006. – 307 с.
   
4. Малинівський С.М. Загальна електротехніка. – Львів: Видавництво Національного ун-ту “Львівська політехніка”, 2001. – 594 с.
   
5. Теоретичні основи електротехніки: Підручник: у 3-х т./ Бойко В.С., Бойко В.В, Видолоб Ю.Ф. та ін.; за заг. ред. І.М. Чиженка, В.С. Бойка. Т1. Теоретичні основи електротехніки. – К.: ІВЦ Видавництво «Політехніка»”, 2004. – 272 с.
   
6. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1. – 4-е изд. / К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. – СПб.: Питер, 2003. – 463 с.
   
7. Новгородцев А.Б. 30 лекций по теории электрических цепей: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 1995. – 519 с.
   

Посібники та методичні вказівки до лабораторного практикуму

8. Електротехніка. Лінійні кола: лабораторний практикум за змішаною формою виконання (у лабораторіях на навчально-дослідних стендах та в комп’ютерних класах з використанням віртуальної лабораторії Electronics Workbench) / Автори: А. А. Щерба, І. А. Петренко. – К.: ІВЦ ”Видавництво «Політехніка»”, 2007. – 139 с.
   
9. Методичні вказівки до лабораторних робіт з теоретичних основ електротехніки: цикл 1./ Укл. А.А. Щерба, В.C. Бойко, В.І. Чибеліс, І.А. Курило.– К., НТУУ "КПІ", 2008. – 28 с.
   
10. Методичні вказівки до лабораторних робіт з теоретичних основ електротехніки: цикл 2./ Укл. А.А. Щерба, В.C. Бойко, В.І. Чибеліс та інші. – К., НТУУ "КПІ", 2008. – 36 с.
    
11. Методичні вказівки до лабораторних робіт з теоретичних основ електротехніки: цикл 3./ Укл. А.А. Щерба, В.C. Бойко, В.І. Чибеліс та інші. – К., НТУУ "КПІ", 2008. – 32 с.
    
12. Панфилов Д. И., Иванов В. С., Чепурин И. Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т./ Под.общей ред. Д. И. Панфилова – Т.1:Электротехника. – М.: ДОДЭКА, 1999. – 304 с.
    
13. Комп’ютерні технології в електротехніці та електроніці: Навч.-метод. посіб. – К: ІВЦ Видавництво «Політехніка», 2003. – 52 с.
    
14. Комп’ютерні технології в електротехніці та електроніці: Навч.-метод. посіб. (частина 2) – К: ІВЦ Видавництво «Політехніка», 2004. – 62 с.
    

Задачники, посібники та довідники до практичних занять

15. Шебес М.Р. Задачник по теории линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. – М.: ”Высшая школа”,1990. – 488 с.
    
16. Сборник задач по теоретическим основам электротехники. / Под ред. Л.А. Бессонова – М.: Высшая школа, 1988. – 543 с.
    
17. Сборник программированных задач по теоретическим основам электротехники. / Под ред. Н.Г. Максимовича и И.Б Куделько – Львов: Издательское объединение ”Вища школа”, 1976. – 504 с.
    
18. Задачник по теоретическим основам электротехники. / Под ред. Поливанова К.М. – М.: ”Энергия”, 1973. – 303 с.
    
19. Антамонов В.Х., Курило І.А. Вибрані задачі з лінійних електричних кіл. Навч. посібник. – К. НМК ВО, 19930. – 96 с.
    
20. Щерба А.А., Грудська В.П., Спінул Л.Ю. Розрахунок лінійних кіл постійного струму. Навч.-метод. посібник – К.: НТУУ “КПІ”,, ФЕА, 2004. – 80 с.
    
21. Щерба А.А., Грудська В.П., Спінул Л.Ю. Розрахунок лінійних кіл змінного струму. Навч.-метод. посібник – К.: ІВЦ Видавництво «Політехніка»”, 2004. – 86 с.
    
22. Щерба А.А., Грудська В.П., Чибеліс В.І. Електричні кола з несинусоїдними періодичними напругами та струмами. – Київ, 2004. – 61 с.
    

Методичні вказівки до розрахунково-графічних робіт

15. Розрахунок електричних кіл постійного струму. Навчальне видання. / Уклад.: І.А. Курило, І.Н. Намацалюк, А.А. Щерба. – К.: НТУУ “КПІ”, ФЕА, 2006. – 51 с.
    
16. Розрахунок електричних кіл синусоїдного однофазного струму. Методичні вказівки до виконання розрахункових робіт. / Уклад.: І.А. Курило, І.Н. Намацалюк, А.А. Щерба. – К.: НТУУ “КПІ”, 2004. – 82 с.
    
17. Розрахунок перехідних процесів у складних електричних колах. Методичні вказівки до виконання розрахункових робіт з дисципліни «Теоретичні основи електротехніки» для студ. усіх форм навч. / Уклад.: А.А. Щерба, В.І. Чибеліс, Л.Д.Третякова та ін. – К.: ІВЦ Видавництво «Політехніка»”, 2005. – 40 с.
    

Державні стандарти

15. ДСТУ 2843-94. Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення.
    
16. ДСТУ 2815-94 Електричні та магнітні кола та пристрої.
    
17. ДСТУ 3120-95 Електротехніка. Літерні позначення основних величин.
    

Додаткова література

15. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник для студентів вищ. закл. освіти у 4-х т. Під ред. В.І.Сенька. – К.: ТОВ “Видавництво Обереги”, 2000. Т.1.Елементна база електронних пристроїв. – 300 с.
    
16. Гумен М.Б., Гуржій А.М., Співак В.М. „Основи теорії електричних кіл”: у 3 кн. Кн..2 Аналіз лінійних електричних кіл. Частотна область: Підручник .– К.: Вища шк., 2004. – 358 с.
    

31. Евдокимов Ф. Е. Общая электротехника. – М.: “Высшая школа”, 1990. – 352 с.
    
32. Сигорский В. П. Общая теория четырехполюсника. – К.: Из-во АН УССР, 1955.
    
33. Зернов Н. В., Карпов В. Г. Теория радиотехнических цепей. – Л.: ”Энергия”,1972.– 815 с.
    
34. Ионкин П.А., Мельников Н.А., Даревский А.И., Кухаркин Е.С. Теоретические основы электротехники. – М.: “Высшая школа”, 1965. – 734 с.
    
35. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей: Линейные цепи. – М.: Высшая школа, 1981. – 334 с.
    
36. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і практикум.– К.: Каравела, 2003.– 440 с.
    
37. Перхач В.С. Теоретична електротехніка. Лінійні кола. – К.: ”Вища школа”,1992. – 439 с.
    

На сервері Українського інституту інформаційних технологій в освіті НТУУ „КПІ” (УІІТО) розміщені наступні дистанційні курси:

1. «Основи електротехніки»: дистанційний курс. Сертифікат НПМ № 1333 про визнання інформаційного ресурсу системи дистанційного навчання НТУУ „КПІ” в якості навчально-методичної праці. / Автор: Петренко І. А. – К., НТУУ «КПІ» 2007. – 54 Мбайт
   
2. «Основи електроніки»: дистанційний курс. Сертифікат НПМ № 1334 про визнання інформаційного ресурсу системи дистанційного навчання НТУУ „КПІ” в якості навчально-методичної праці. /Автор: Петренко І. А. – К., НТУУ «КПІ» 2007. – 45.5 Мбайт
   
3. «Електротехніка»: дистанційний курс, створений кафедрою теоретичної електротехніки в рамках Пілотного проекту „Дистанційне навчання для підготовки бакалаврів за напрямом „Метрологія та вимірювальна техніка” згідно приказу Національного технічного університету України „КПІ” № 1-114 від 1.08.2005.
   

Навчальна програма складена на основі освітньо-професійної програми стандарту вищої освіти для напряму підготовки 6.051001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології».


Розробник програми к.т.н., доц. Петренко І.А.


__________________ Петренко І.А.