РП_4053_ _ТОЭ_

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию Российский государственный профессионально-педагогический университет

Инженерно-педагогический институт Кафедра общей электротехники

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_____________ В.А. Сидоров «___»_____________2005__ г.

4053

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Теоретические основы электротехники»

(ГОС -2000 )

Для студентов всех форм обучения специальности 030500.19 – Профессиональное обучение (электроэнергетика, электротехника и электротехнологии), специализаций 030501.19 – Электроэнергетика

030502.19 – Компьютеры и информационные технологии обучения в энергетике

030503.19 – Электротехника, электротехнологии и технологический менеджмент

030504.19 – Электроэнергетика, энергоаудит, энергосбережение

Екатеринбург

2005

Рабочая программа дисциплины «Теоретические основы электротех-

ники» (ГОС -2000). – Екатеринбург, Рос. гос. проф.-пед. ун-т, 2005.- 15с.

Составители: доктор физико-математических наук О.И.Клюшников

кандидат физико-математических наук, доцент В.А. Охапкин кандидат физико-математических наук, доцент Б.М.Смоляк

Одобрена на заседании кафедры общей электротехники.

Протокол от 17.09. 2004 №			2 .
				О.И.Клюшников
Заведующий кафедрой

Рекомендована к печати методической комиссией электроэнергетиче

ского факультета ИПИ РГППУ. Протокол от	27.09. 2004 № 1 .
Председатель методической
комиссии ЭЭФ ИПИ РГППУ		В.Ф. Журавлев

© Российский государственный профессионально-педагогический университет, 2005.

2

Введение

Цели и задачи дисциплины.

Целями преподавания дисциплины «Теоретические основы электротехники» являются создание у студентов научной системы взглядов на теорию электромагнитных процессов, усвоение теоретических и практических знаний законов электрических цепей и электромагнитных полей и методов их анализа, аналитических и численных, получение знаний о физических явлениях, свойствах и характере процессов в электромагнитных устройствах, об элементах методики преподавания электротехнических дисциплин.

Задачами изучения дисциплины являются выработка умения рационально применять методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей с источниками ЭДС и тока различной формы, устанавливать достоверность расчетов, умения синтезировать электрические устройства с заданными свойствами и применять на практике элементы методики преподавания электротехнических дисциплин.

Место и роль дисциплины в системе образования.

Изучение электротехники позволит будущему педагогу профессио-

нального обучения получить знания, необходимые в последующем как для

освоения других специальных дисциплин, так и для успешного выполне-

ния функций педагога профессионального обучения при организации им

обучения контингента, эксплуатирующего электротехнические, электрон-

ные, электромеханические устройства, составляющие основу современных

средств автоматизации, управления и контроля технологическими процес-

сами в различных отраслях промышленности.

С целью облегчения студентам перехода от общеинженерной подготовки к дисциплинам специального цикла предусматривается профилизация курса в соответствии со специализацией.

Для освоения дисциплины «Теоретические основы электротехники» необходимо изучение следующих разделов физики: «Электричество и магнетизм», «Колебания и волны»; высшей математики: «Дифференциальные и интегральные исчисления», «Функции комплексной переменной», «Векторная алгебра».

Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

Врезультате изучения дисциплины студент должен

∙знать:

-законы электрических и магнитных цепей, электростатических, электрических, магнитных и электромагнитных полей, их практическое применение;

3

-методы анализа и расчета цепей и полей, в том числе с использованием ЭВМ;

-электротехническую терминологию и символику;

-принципы действия, свойства, области применения и возможности основных электротехнических устройств;

-правила безопасности включения, отключения и эксплуатации электротехнических устройств, управление процессом их работы;

-элементы методики преподавания электротехники.

∙уметь:

-выполнять расчеты цепей и полей, в том числе с использованием ЭВМ, анализировать полученные результаты, оценивать их достоверность;

-синтезировать электротехнические устройства с заданными свойствами;

-читать электрические схемы;

-проводить электрические измерения;

-экспериментально определять основные характеристики типовых электротехнических устройств, управлять процессом их работы, контролировать неноминальные режимы;

-применять элементы методики преподавания электротехники.

∙иметь навыки:

-расчета цепей и полей, анализа и оценки результатов;

-включение в электросеть, эксплуатации и обслуживания типовых электрических устройств, управление их работой;

-электроизмерений;

-экспериментального определения параметров и характеристик электротехнических устройств;

-чтения электрических схем;

-работы с информацией по электротехнике.

I.Виды и объем учебной работы, график изучения дисциплины.

Таблица 1

Виды и объем учебной работы, график изучения дисциплины «Теоретические основы электротехники» для специализаций 030501.19 – Электроэнергетика, 030502.19– Компьютеры и информационные технологии обучения в энергетике.

	Объем учебной работы,		Форма обучения
	перечень и срок кон-
		Очная	Заочная с	Заочная с	Очно-
	трольных мероприятий
			полным	сокращенным	заочная
			сроком	сроком
	I. Виды и объем учебной работы, в ч
	1.1. Общая трудоемкость	340	340	340
	дисциплины
	1.2. Аудиторные занятия:	154	46	20
	1.2.1. лекции	62	20	10
	1.2.2. практические (семи-	30	8	2
			4

нарские) занятия
1.2.3. лабораторные	рабо-	62	18	8
ты
1.3. Самостоятельная работа:		186	294	320
1.3.1. курсовой проект (ра-		-	-	-
бота)
1.3.2. контрольная работа		-	96	96
1.3.3. расчетно-графическая		52	-	-
работа
1.3.4. подготовка к лабора-		102	198	224
торным и практическим за-
нятиям, коллоквиумам и эк-
заменам
2. График изучения дисциплины
2.1. Курс изучения		II, III	III	III
2.2. Семестр изучения		4,5-й	5,6-й	5-й
2.3. Экзамен (семестр)		4,5-й	5,6-й	5-й
2.4. Зачет (семестр)		-	-	-
2.5. Курсовой проект (ра-		-	-	-
бота) (семестр)
2.6. Контрольная	работа	-	5,6-й	5-й
(семестр)

Таблица 2

Виды и объем учебной работы, график изучения дисциплины «Теоретические основы электротехники» для специализации 030503.19 – электротехника, электротехнологии и технологический менеджмент, 0305034.19 – электроэнергетика, энергоаудит, энергосбережение

	Объем учебной работы,		Форма обучения
	перечень и срок кон-
		Очная	Заочная с	Заочная с со-	Очно-
	трольных мероприятий
			полным	кращенным	заочная
			сроком	сроком
	I. Виды и объем учебной работы, в ч
	1.1. Общая трудоемкость	340	340	340
	дисциплины
	1.2. Аудиторные занятия:	154	46	20
	1.2.1. лекции	62	20	10
	1.2.2. практические (семи-	60	8	2
	нарские) занятия
	1.2.3. лабораторные рабо-	32	18	8
	ты
	1.3. Самостоятельная работа:	186	294	320
	1.3.1. курсовой проект (ра-	-	-	-
	бота)
	1.3.2. контрольная работа	-	96	96
	1.3.3. расчетно-графическая	52	-	-
	работа
	1.3.4. подготовка к лабора-	102	198	224
	торным и практическим за-
	нятиям, коллоквиумам и эк-
			5

заменам

2. График изучения дисциплины

2.1. Курс изучения	II, III	III	III
2.2. Семестр изучения	4,5-й	5,6-й	5-й
2.3. Экзамен (семестр)	4,5-й	5,6-й	5-й
2.4. Зачет (семестр)	-	-	-
2.5. Курсовой проект (ра-	-	-	-
бота) (семестр)
2.6. Контрольная работа	-	5,6-й	5-й
(семестр)

II.Тематический план изучения дисциплины по очной форме обучения

Таблица 3

Тематический план изучения дисциплины «Теоретические основы электротехники» по очной форме обучения

		Специальности, их образовательные отрасли или
				специализации
Наименование те-			030501.19,030502.19			030503.19
мы (раздела) дис-			Количество аудиторных часов
	циплины
		Лек	Практи-	Лабора-	Лек	Практи-	Лабора-
			ческие	торные		ческие	торные
		ции	занятия	работы	ции	занятия	работы
1.	Физические ос-	1			1
новы электротех-
ники
2. Уравнения элек-		1			1
тромагнитного
поля
3.	Законы	1			1
электрических
4.цепейЦепи постоянно-		7	4		7	8
го тока
5.	Цепи синусои-	6	4	14	6	8	8
дального тока
6. Трехфазные		4	2	12	4	6	8
цепи
7.	Расчет цепей	4	2		4	4
при периодических
несинусоидальных
воздействиях
8.	Многополюс-	2		2	2
ники

6

9. Переходные					6	8	10	6	14		6
процессы в линей-
ных цепях
10. Нелинейные					4	2	10	4	2		4
электрические и
магнитные цепи
11.	Цепи с распре-				8		6	8	2		2
деленными				пара-
метрами
12.	Теория			элек-	1			1
тромагнитного
поля
13.	Электростати-				1			1	2
ческое поле
14.	Стационарное				1	2	4	1	2		2
электрическое
поле
15. Магнитное					1	2		1	4
поле
16.	Аналитические				4	2		4	4
и численные мето-
ды	расчета			элек-
трических			и	маг-
нитных полей
17.	Переменное				6	2	4	6	4		2
электромагнитное
поле
18. Поверхностный					1			1
эффект		и	эффект
близости
19.	Электромаг-				1			1
нитное		экраниро-
вание
20.		Магнитная			1			1
гидродинамика
21.	Сверхпроводи-				1			1
мость
ИТОГО		по		видам	62	30	62	62	60		32
занятий
ВСЕГО по дисци-						154				154
плине

7

III.Содержание разделов дисциплины

1.Физические основы электротехники.

Электрическая энергия, ее особенности, преимущества, недостатки и области применения. Основные этапы развития электротехники. Роль ТОЭ в формировании профессиональных навыков будущих педагогов профессионального обучения. Связь со специальными дисциплинами. Содержание и структура курса, общие методические указания по его изучению.

2.Уравнения электромагнитного поля.

Электромагнитное поле, как вид материи, его электрические и маг-

нитные свойства. Силовое воздействие поля на электрические заряды и точки. Интегральные и дифференциальные соотношения между основными величинами, характеризующими поле. Подразделение электротехнических задач на цепные и полевые.

3.Законы электрических цепей.

Определение линейных и нелинейных цепей. Источники ЭДС. Источ-

ники тока. Неразветвленные цепи. Разветвленные цепи. Ветвь, узел, контур.

4.Цепи постоянного тока.

Элементы электрических цепей и схем. Закон Ома для участка цепи с

ЭДС. Баланс мощности для простой неразветвленной цепи. Законы Кирхгофа и их применение. Метод узловых потенциалов. Метод контурных токов. Преобразования в линейных электрических схемах. Принцип наложения (суперпозиция). Свойства взаимности. Принцип компенсации. Зависимые источники. Принцип эквивалентного генератора. Передача энергии от активного двухполюсника к пассивному. Запись уравнений по законам Кирхгофа с помощью топологических матриц. Числовые расчеты на ЭВМ электрических цепей.

5.Цепи синусоидального тока

Переменные токи. Понятие о генераторах переменного тока. Синусоидальный ток, ЭДС, напряжение, их действующие значения. Изображение синусоидальных функций векторами и комплексными числами. Комплексный метод расчета цепей. Последовательное и параллельное соединения резистивного, индуктивного и емкостного элементов. Баланс мощностей. Определение параметров пассивного двухполюсника при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра. Условия передачи максимальной мощности от источника к приемнику. Понятие о поверхностном эффекте и эффекте близости. Параметры и эквивалентные схемы конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов. О применении методов расчета цепей постоянного тока к расчету цепей синусоидального тока. Последовательное, параллельное и смешанное соединение приемников. Разветвленные цепи. Топографические диаграммы. Комплексные частотные характеристики.

8

Резонанс в электрических цепях. Резонанс в последовательном конту-

ре.

Частотные характеристики и резонансные кривые последовательного контура. Резонансные явления при изменении параметров контура. Резонанс в параллельном контуре. Частотные характеристики параллельного контура.

Цепи с взаимной индуктивностью. Индуктивно связанные элементы цепи. ЭДС взаимной индукции. Последовательное и параллельное соединения индуктивно связанных элементов цепи. Расчет разветвленной цепи при наличии взаимной индуктивности.

6.Трехфазные цепи.

Понятие о трехфазных источниках питания и трехфазных цепях. Со-

единение звездой и треугольником. Симметричный режим трехфазной цепи. Свойства трехфазной цепи с различными схемами соединения. Расчет симметричных и несимметричных трехфазных цепей. Эквивалентные схемы трехфазных линий электропередач. Метод симметричных составляющих и его применение.

7.Расчет цепей при периодических несинусоидальных воздействиях.

Виды симметрии периодических функций и их спектральный состав. Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных периодических ЭДС, токов и напряжений. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых. Расчет цепей с несинусоидальными периодическими ЭДС, напряжениями и токами. Мощность в цепи несинусоидального тока. Высшие гармоники в трехфазных цепях.

8.Многополюсники.

Четырехполюсники и их уравнения. Режимы четырехполюсников. Ко-

эффициенты четырехполюсников. Эквивалентные схемы четырехполюсников. Многополюсник, операционный усилитель.

9.Переходные процессы в линейных цепях.

Классический метод расчета переходных процессов. Возникновение переходных процессов и законы коммутации. Переходный, установившийся и свободный процессы. Переходные процессы в RL-цепях и RC-цепях. Переходные процессы в цепи с двумя накопителями. Общий случай расчета переходных процессов классическим методом. Операторный метод расчета переходных процессов. Применение преобразования Лапласа к расчету переходных процессов. Законы Кирхгофа в операторной форме. Эквивалентные операторные схемы. Определение свободных составляющих по их изображениям. Переходные процессы в особых случаях. Расчет переходных процессов при подключении пассивного двухполюсника к источнику напряжения произвольной формы, интеграл Дюамеля.

10.Нелинейные электрические и магнитные цепи.

9

Общая характеристика нелинейных цепей и методов их расчета. Основные понятия и определения.

Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Графические методы решения. Расчет нелинейных цепей методом итераций.

Нелинейные цепи при периодических воздействиях. Общая характеристика цепей. Методы расчета электрических цепей. Форма кривых тока и напряжения в цепях с нелинейными реактивными элементами. Учет реальных свойств стальных магнитопроводов. Условно-нелинейная схема замещения трансформатора. Феррорезонанс. Общая характеристика переходных процессов в нелинейных цепях. Простейшие методы расчета переходных процессов в цепях с одним накопителем при подключении их к источникам постоянного и синусоидального напряжения. Изображение переходных процессов на фазовой плоскости.

11.Цепи с распределенными параметрами.

Установившиеся токи и напряжения в длинных линиях. Уравнение однородной двухпроводной линии. Установившийся режим в однородной линии. Уравнение однородной линии с гиперболическими функциями. Характеристики однородной линии. Входное сопротивление линии. Коэффициент отражения волны. Линии без искажений. Линии без потерь. Стоячие волны. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами. Возникновение переходных процессов в цепях с распределенными параметрами. Общее решение уравнений однородной линии. Возникновение волн с прямоугольным фронтом. Общие случаи нахождения волн, возникающих при переключении. Отражение волн с прямоугольным фронтом от конца линии. Общий метод определения отраженных волн. Качественное рассмотрение переходных процессов в линиях, содержащих сосредоточенные емкостные и индуктивные элементы. Многократные отражения волны с прямоугольным фронтом от резистивного элемента. Блуждающие волны.

12.Теория электромагнитного поля.

Напряженность электрического поля и индукция магнитного поля. Масса, количество движения электромагнитного поля. Превращение поля в вещество, вещества в поле. Пространство и время – формы существования электромагнитного поля. Индуктивный метод рассмотрения теории электромагнитного поля.

13.Электростатическое поле.

Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля. Силовые и эквипотенциальные линии. Выражение напряженности в виде градиента потенциала. Свободные и связанные заряды. Теорема Гаусса. Уравнения Пуассона. Уравнения Лапласа. Граничные условия. Теорема единственности решения. Общая характеристика задач электростатики и ме-

10