Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2001 года протокол №
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» «8» октября 2001, 92.93kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2001 года протокол, 115.25kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2001 года протокол, 74.54kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» года протокол, 80.53kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение « 2003 года протокол, 141.45kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2002 года протокол, 88.78kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение « 2003 года протокол, 281.69kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение « 2003 года протокол, 164.95kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2000 года протокол, 117.19kb.
- Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение» 2003 года протокол, 221.9kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова
П Р О Г Р А М М А
курса
«Теоретические основы электротехники» (часть 2)
Для государственных университетов
Направление 650900 – Электроэнергетика
Специальность 100400 – Электроснабжение (по отраслям)
Якутск 2001 г.
Составитель к.т.н., ст. науч. сотрудник,
профессор Королюк Ю.Ф.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Электроснабжение»
«__»______2001 года протокол №___________
Зав. кафедрой___________________ Н.С.Бурянина
Рабочая программа утверждена на заседании методкомиссии ФТИ «__»______2001 года протокол №________
^ Председатель методсовета ФТИ
_________________________ Т.В. Назаров
Рабочая программа утверждена на заседании научно-методического совета ЯГУ
«__»_______2001 года протокол №________
^ Председатель научно-методического совета ЯГУ
______________________ А.Н. Яковлева
Объем курса: 100 часов, в том числе:
Лекционные занятия: 34 час
Лабораторные занятия: 17 часа
Самостоятельная работа: 5 часов
Индивидуальная работа со студентами: 44часов.
^ Распределение часов курса по семестрам:
| Семестр | Лекции | Лаборат. занятия | Самостоят работа | Индивид работа со студентами | Курс. работа | Форма контроля |
| 4 | 34 | 17 | 5 | 44 | 1 | Экзамен |
- ^ Требования государственного стандарта высшего
образования по данному предмету
Согласно требованиям государственного стандарта инженер должен иметь навыки составления и расчета параметров схем замещения электрических цепей для установившихся и неустановившихся режимов работы.
- ^ Принципы построения учебного курса и цели преподавания
2.1 Основание для чтения курса
Основанием для чтения курса является Государственный стандарт направления 551700 – «Электроэнергетика» по специальности 100400 – «Электроснабжение (по отраслям)».
2.2. Адресат курса
Курс читается студентам специальности 100400 – «Электроснабжение (по отраслям)».
2.3. Главная цель курса
Главной целью курса «Теоретические основы электротехники» (часть 2) является формирование у студента теоретической базы и практических навыков для освоения специальных дисциплин.
При изучении специальных дисциплин студент должен понимать смысл дисциплины, ее применение для практики и грамотно применять ее в дальнейшей практической деятельности.
2.4. Ядро курса
Ядром курса «Теоретические основы электротехники» (часть 2) являются разделы, изучающие явления, происходящие: в цепях несинусоидального тока; в нелинейных цепях постоянного и синусоидального токов; переходные процессы в электрических цепях постоянного и синусоидального токов; методы расчетов электрических цепей в этих режимах; переходные и стационарные процессы в линиях с распределенными параметрами; в магнитных цепях при постоянных и переменных магнитных потоках.
2.5. Требования к начальной подготовке,
необходимые для успешного усвоения курса
Успешное освоение курса «Теоретические основы электротехники» (часть 2) требует знания следующих разделов высшей математики – дифференциальные уравнения, операционное исчисление, нелинейные системы уравнений и методы их решений, ряды и интеграл Фурье; физики – магнетизм и магнитные поля. Обязательно знание первой части данного курса в полном объеме и умение анализировать линейные электрические цепи постоянного и синусоидального токов. Желательно иметь навыки работы на компьютере с пакетом программ по решению систем линейных и нелинейных уравнений.
2.6. Уровень требований по сравнению со Стандартом.
Изменений требований по сравнению со Стандартом нет.
2.7. Объем в часах курса
Общий объем аудиторных занятий 51 час. Из них лекционных занятий – 34 час, лабораторные – 17 час.
2.8. Основные понятия курса
Несинусоидальные токи и напряжения, гармонические составляющие, биения, модулированные токи и напряжения, переходные процессы, классический, операторный методы расчета, переходная, передаточная функции, интеграл Дюамеля, метод последовательных интервалов, нелинейные электрические цепи, аппроксимация, выпрямление переменного тока, магнитные цепи, характеристики намагничивания, трансформатор с ферромагнитным сердечником, линии с распределенными параметрами, волновое сопротивление, волновая длина, падающие, отраженные, стоячие волны.
2.9. Построение курса
Курс выстроен так, что обеспечивает поэтапное формирование образовательной базы по электроэнергетике. На каждом этапе изучается раздел курса, классифицируются и анализируются явления и процессы, происходящие в цепях, проводятся лабораторные работы и практические занятия. Обобщение классов цепей проводится на примерах электрических машин, аппаратов, сетей и систем.
2.10. Дисциплины, обеспечиваемые курсом
Курс «Теоретические основы электротехники» (часть 2) является базовым для специальных дисциплин:
- производство электроэнергии;
- передача и распределение электроэнергии;
- электроснабжение;
- энерго– и электропитающие системы;
- электроэнергетические системы и сети;
- электроснабжение промышленных предприятий;
- релейная защита и автоматизация;
- переходные электромагнитные процессы в электрических системах;
- теория автоматического управления и электропривод;
- изоляция и перенапряжения;
- информационно–измерительная техника и электроника;
- эксплуатация систем электроснабжения;
- защита систем электроснабжения;
- электропривод промышленных установок;
- автоматизация и управление систем электроснабжения промышленных предприятий;
- промышленные электротехнологические установки;
- электрическая часть электрических станций и подстанций промышленности;
- кабельные и воздушные линии системы электроснабжения промышленных предприятий;
- электрическое освещение.
2.11. Практическая часть курса
При изучении курса студент должен:
– знать и уметь использовать основные законы электротехники в электрических цепях несинусоидального переменного тока, при непериодических (переходных) процессах в линейных и нелинейных электрических цепях, в линиях с распределенными параметрами, в магнитных цепях постоянного и переменного токов, методы расчетов указанных режимов, методы и средства аналитического и опытного определения параметров элементов электрических цепей в этих режимах;
– иметь навыки расчета схем электрических цепей постоянного и переменного синусоидального токов в переходных режимах, расчетов схем электрических цепей при негармонических источниках электрической энергии, расчетов линий с распределенными параметрами в стационарных и переходных режимах, расчетов нелинейных электрических и магнитных цепей;
По окончанию курса студент должен уметь: составлять схемы замещения электрических цепей для анализа их работы в стационарных и переходных режимах; проводить анализ работы электрических цепей.
3. Вопросы экзамена.
Раздел 1. Цепи периодического несинусоидального тока. Определение периодических несинусоидальных токов и напряжений. Изображение несинусоидальных токов и напряжений с помощью рядов Фурье. Свойства периодических кривых, обладающих симметрией. Расчет токов и напряжений при несинусоидальных источниках питания. Резонансные явления при несинусоидальных токах. Действующие значения несинусоидальных токов и напряжений. Мощности: активная, реактивная, искажения, полная. Замена несинусоидальных токов и напряжений эквивалентными синусоидальными. Особенности работы трехфазных систем, вызываемые гармониками, кратными трем. Биения. Модулированные колебания.
^ Раздел 2. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Определение переходных процессов. Уравнения, описывающие переходные процессы. Принужденные и свободные составляющие токов и напряжений. Обобщенные законы коммутации и их обоснование. Частные законы коммутации для индуктивностей и емкостей. Начальные условия: зависимые и независимые, нулевые и ненулевые. Составление уравнений для свободных токов и напряжений и их производных. Алгебраизация системы уравнений для свободных токов. Характеристическое уравнение и способы его составления. Определение степени характеристического уравнения. Свойства корней характеристического уравнения. Характер переходного процесса при одном, двух трех корнях. Общая характеристика методов расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Классический метод расчета переходных процессов. Определение постоянных интегрирования в классическом методе. Преобразования Лапласа. Изображения постоянной, производных, интеграла, напряжений на индуктивностях и емкостях. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Теорема разложения. Последовательность расчета переходных процессов операторным методом. Переходная проводимость, сопротивление, функция. Интеграл Дюамеля. Последовательность расчета переходных процессов с помощью интеграла Дюамеля. Применение интеграла Дюамеля при импульсных воздействиях. Дифференцирование и интегрирование электрическим путем. Ряд Фурье в комплексной форме записи. Спектр функции и интеграл Фурье. Применение спектрального метода для расчета переходных процессов.
^ Раздел 3. Нелинейные электрические цепи. Вольт–амперные характеристики нелинейных сопротивлений. Последовательное, параллельное, смешанное соединения нелинейных сопротивлений. Расчет разветвленной нелинейной цепи методом двух узлов. Замена нескольких параллельных ветвей, содержащих нелинейные сопротивления и ЭДС, одной эквивалентной. Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного генератора. Статическое и дифференциальное сопротивления нелинейного элемента. Замена нелинейного сопротивления ЭДС и линейным. Общие свойства нелинейных элементов на переменном токе. Аппроксимация нелинейных характеристик. Выпрямление переменного тока. Сглаживание пульсации при выпрямлении. Цепи с переменными во времени параметрами.
^ Раздел 4. Магнитные цепи при постоянном магнитном потоке. Основные величины, характеризующие магнитное поле. Основные характеристики ферромагнитных материалов. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Ферриты и магнитодиэлектрики. Закон полного тока. МДС. Роль ферромагнитных материалов в магнитной цепи. Магнитное напряжение. Вебер–амперные характеристики и их построение. Законы Кирхгофа для магнитных цепей. Определение МДС неразветвленной магнитной цепи по заданному потоку. Определение потока в неразветвленной магнитной цепи по заданной МДС. Расчет разветвленной магнитной цепи методом двух узлов. Магнитное сопротивление и магнитная проводимость участка магнитной цепи. Закон Ома для магнитной цепи.
^ Раздел 5. Цепи переменного тока с ферромагнитными элементами. Основные свойства ферромагнитных материалов при переменных магнитных полях. Формы кривых тока, магнитного потока и ЭДС в катушке с ферромагнитным сердечником. Потери в сердечниках из ферромагнитного материала. Схема замещения и векторная диаграмма катушки с магнитопроводом. Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора с магнитопроводом. Феррорезонансы напряжений и токов. Ферромагнитные стабилизаторы напряжения. Пик–трансформатор. Магнитный усилитель.
^ Раздел 6. Установившиеся процессы в электрических цепях, содержащих линии с распределенными параметрами. Дифференциальные уравнения линии с распределенными параметрами. Уравнения в комплексной форме записи. Постоянная распространения, волновое сопротивление. Связь между комплексами токов и напряжений начала и конца линии. Падающие и отраженные волны в линии. Коэффициент отражения, фазовая скорость, длина волны. Линия без искажений, согласованная нагрузка. Входное сопротивление нагруженной линии. Линия без потерь, входное сопротивление, короткое замыкание, холостой ход, стоячие волны. Замена четырехполюсника эквивалентной линией с распределенными параметрами и обратная замена.
4.Вопросы проверки остаточных знаний
Раздел 1. Цепи периодического несинусоидального тока. В чем заключаются основные положения, на которых основывается методика расчета линейных цепей при периодических несинусоидальных токах? Каков физический смысл действующего значения несинусоидального тока Могут ли быть отдельные слагаемые в формуле активной мощности отрицательными? Чем можно объяснить, что при равномерной нагрузке трехфазной системы для протекания токов третьих гармоник необходим нулевой провод? Каких гармонических составляющих нет в линейных напряжениях?
^ Раздел 2. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Что понимают под принужденными и свободными токами и напряжениями? Сформулируйте законы коммутации. Чем определяется число корней характеристического уравнения? В чем заключается сущность классического метода расчета? Изложите принцип составления уравнений для определения постоянных интегрирования в классическом методе расчета. Изложите сущность преобразований Лапласа. Охарактеризуйте этапы расчета операторным методом. Охарактеризуйте идею расчета при помощи интеграла Дюамеля. Поясните принцип работы дифференцирующих и интегрирующих цепей. Чем принципиально отличается ряд Фурье от интеграла Фурье? Назовите ограничения при использовании преобразования Фурье.
^ Раздел 3. Нелинейные электрические цепи. Дайте определения следующим понятиям: нелинейное сопротивление, нелинейная электрическая цепь, статическое и дифференциальное сопротивления. Какими свойствами обладают нелинейные электрические цепи и не обладают линейные? Нарисуйте вольт–амперную характеристику нелинейного сопротивления, в одной из точек которой статическое и дифференциальное сопротивления одинаковы. Укажите специфические особенности, свойственные нелинейным электрическим цепям, при воздействии на них переменных источников. В чем особенности расчета нелинейных цепей переменного тока? Как используется идеальная характеристика диода при расчетах? Какие способы аппроксимации характеристик Вам известны? Приведите схемы выпрямления переменного тока и охарактеризуйте их. Как осуществляется сглаживание пульсации при выпрямлении переменного тока?
^ Раздел 4. Магнитные цепи при постоянном магнитном потоке. Дайте определения
. Как они связаны между собой и в каких единицах измеряются? В чем отличие начальной, основной и безгистерезисной кривых намагничивания? Что понимают под частным, и предельными циклами, остаточной индукцией, коэрцитивной силой, магнитомягкими, магнитотвердыми материалами? Дайте определения «МДС», «магнитная цепь», «магнитопровод». Как определить направление МДС? С какой целью обычно стремятся выполнить магнитную цепь с возможно меньшим воздушным зазором? Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа для магнитных цепей. Перечислите этапы расчета магнитных цепей методом двух узлов. Могут ли 
и 
в ферромагнитном материале быть направлены встречно? ^ Раздел 5. Цепи переменного тока с ферромагнитными элементами. Дайте определения понятий «индуктивность рассеяния», «намагничивающий ток», «ток потерь». Постройте векторную диаграмму трансформатора со стальным сердечником. В чем принципиальное отличие феррорезонанса напряжений и токов от резонансов в соответствующих линейных цепях? Приведите примеры использования ферромагнитных элементов в энергетике.
^ Раздел 6. Установившиеся процессы в электрических цепях, содержащих линии с распределенными параметрами. За счет чего токи и напряжения вдоль линии с распределенными параметрами неодинаковы для одного и того же момента времени? Каков физический смысл постоянной распространения
и волнового сопротивления ZС? Из каких условий определяются постоянные 
и 
? Почему стремятся нагрузку брать согласованной с ZC? В чем различие между бегущей и стоячей волнами в физическом и математическом отношении? При каком соотношении можно считать реальную линию как линию без потерь? В каком смысле можно говорить об эквивалентной замене линии четырехполюсником? 4. Рекомендуемая литература
Основная литература
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. –М.: Высшая школа, 1996. –638 с.
Основы теории цепей / Под редакцией П.А. Ионкина. – М.: Энергоатомиздат, 1989. –527 с.
Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники, том 1. – М. – Л.: Энергия, 1981. –533 с.
Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники, часть 1. –М.: –Энергия, 1978. –592 с.
Дополнительная литература
Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей: Линейные цепи. –М.: Высшая школа, 1990. –399 с.
Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. М.: Высшая школа, 1990. –543 с.
Афанасьев В.В., Веселовский О.Н. Расчеты электрических цепей на программируемых калькуляторах. – М.: Энергоатомиздат. 1992. –189 с.
Сборник задач по теоретическим основам электротехники / Под редакцией Л.А. Бессонова: М.: Высшая школа, 1980. –472 с.
Задачник по теоретическим основам электротехники /Под редакцией Т.Ю. Могилевской: Томск, Издательство томского университета. –1972. –196 с.