МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Факультет заочного образования

УТВЕРЖДАЮ

«_» 2011 г.

Рабочая программа дисциплины

«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

Направление подготовки 110800 – Агроинженерия Профиль – Электрооборудование и электротехнологии Квалификация (степень) – «бакалавр»

Москва 2011 1. Цель и задачи дисциплины Цель - комплексная теоретическая подготовка будущих специалистов к изучению электротехнических дисциплин по профилю «Электрооборудование и электротехнологии».

Задачи: изучение методов анализа электрических и магнитных цепей как математических моделей электротехнических объектов; исследование электромагнитных процессов, протекающих в современных электротехнических установках при различных энергетических преобразованиях; освоение современных методов моделирования электромагнитных процессов с использованием компьютерных технологий.

2. Требования к результатам освоения дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен:

знать основные законы электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей, методы анализа и расчета электрических и магнитных цепей в установившихся и переходных режимах;

уметь применять теоретические знания при анализе электрических и магнитных цепей, моделировать электромагнитные процессы с помощью ЭВМ; проводить практическую интерпретацию результатов теоретических исследований;

владеть навыками экспериментальных исследований процессов в электрических цепях и навыками их математического моделирования.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

— готовность к монтажу, наладке и поддержанию режимов работы электрифицированных и автоматизированных сельскохозяйственных технологических процессов, машин и установок, в том числе работающих непосредственно в контакте с биологическими объектами;

— готовность к техническому обслуживанию, ремонту электрооборудования, энергетических сельскохозяйственных установок, средств автоматики и связи, контрольно-измерительных приборов, микропроцессорных средств и вычислительной техники;

— способность к эксплуатации систем электроснабжения, ведению технической документации, связанной с монтажом, наладкой и эксплуатацией оборудования, средств автоматики и энергетических установок сельскохозяйственных предприятий;

— способность к организации работ по применению энергосберегающих технологий при производстве и первичной переработке сельскохозяйственной продукции;

— готовность к участию в экспериментальных исследованиях, составлении их описания и выводов;

— способность к проведению стандартных и сертификационных испытаний электрооборудования и средств автоматизации;

— готовность к участию в проектировании систем электрификации и автоматизации технологических процессов и объектов инфраструктуры сельскохозяйственных предприятий.

3. Место учебной дисциплины в структуре основной образовательной программы Дисциплина «Теоретические основы электротехники» базируется на таких дисциплинах, как высшая математика, физика и информатика, опираясь на следующие разделы перечисленных дисциплин: «Дифференциальное и интегральное исчисление», «Решение линейных и нелинейных дифференциальных уравнений», «Векторный анализ», «Теория функций комплексного переменного», «Физика твердого тела», «Электромагнетизм», программы Word, Excel, Electronics Workbench, Multisim, Tina и др. Она является основой для изучения электропривода, электрических машин, электротехнологии, электрических сетей.

4. Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, или 288 ч.

Виды учебной работы и трудоемкость в часах Формы В том числе контроля № Раздел дисциплины и практические Самостоятельная п/п Лабораторные Всего часов Семестр занятия Лекции работа Линейные электрические цепи постоянного и 3-4 100 10 6 переменного тока Вид контроля Зачет Нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного и переменного тока Переходные процессы в линейных электрических цепях Электрические цепи с распределенными параметрами Введение. Роль и место дисциплины в подготовке специалистов по профилю «Электрооборудование и электротехнологии». Задачи дисциплины как базовой дисциплины в основной образовательной подготовки бакалавров по направлению «Агроинженерия».

5.1. Линейные электрические цепи постоянного и переменного тока 5.1.1. Основы теории электромагнитного поля Физическая основа задач теории электромагнитного поля. Уравнения электродинамики. Электростатическое поле. Электрическое поле в проводящей среде и в диэлектрике. Магнитное поле, основные законы магнитных цепей.

5.1.2. Линейные электрические цепи постоянного тока Основные элементы электрических цепей постоянного тока. Схемы замещения источников электрической энергии. Основные законы и методы расчета электрических цепей. Законы Ома, Джоуля-Ленца, Кирхгофа и их применение для расчета электрических цепей. Потенциальная диаграмма, баланс мощностей.

Преобразование схем электрических цепей: преобразование последовательно и параллельно соединенных пассивных и активных элементов. Взаимное преобразование схемы соединения резисторов «звездой» и «треугольником». Методы расчета электрических цепей: метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод наложения, метод эквивалентного генератора.

Свойство взаимности. Теорема компенсации. Пассивный и активный двухполюсники.

5.1.3. Линейные электрические цепи синусоидального тока Синусоидальные функции времени и их характеристики: амплитуда, частота, период, начальная фаза, угол сдвига фаз. Получение синусоидальной ЭДС, синхронный генератор.

Мгновенное, действующее и среднее значение синусоидальных токов и напряжений. Основные элементы цепи синусоидального тока. Векторное представление синусоидальных функций времени, векторные диаграммы. Основные элементы цепи синусоидального тока. Цепь синусоидального тока с последовательным и параллельным соединением элементов R, L, C.

Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока, топографические диаграммы. Активная, реактивная, полная и комплексная мощность, баланс мощностей. Резонанс в электрических цепях. Индуктивно связанные цепи: последовательное и параллельное соединение индуктивно связанных цепей, расчет разветвленных индуктивно связанных цепей. Воздушный трансформатор.

5.1.4. Двухполюсники и четырехполюсники Уравнения четырехполюсников. Эквивалентные схемы замещения двухполюсников и четырехполюсников и экспериментальное определение параметров схем замещения двухполюсников и четырехполюсников.

Разложение несинусоидальных периодических функций времени в тригонометрический ряд Эйлера-Фурье. Действующее и среднее значения несинусоидального тока и напряжения. Основные характеристики несинусоидальных функций. Расчет однофазных цепей несинусоидального тока. Мощности цепи несинусоидального тока.

Понятие о многофазных электрических цепях. Получение трехфазной системы ЭДС. Фазные и линейные напряжения. Вращающееся магнитное поле, принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Схемы соединения и расчет трехфазных цепей, векторные и топографические диаграммы.

Мощности трехфазных цепей. Метод симметричных составляющих расчета трехфазных цепей. Высшие гармоники в трехфазных цепях: трехфазный источник с несинусоидальной ЭДС, расчет симметричных трехфазных цепей с несинусоидальным источником.

5.2. Нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного и переменного тока Нелинейные элементы и их основные характеристики. Расчет и исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока графическими и аналитическими методами.

Нелинейные электрические цепи переменного тока: нелинейная катушка индуктивности и нелинейный конденсатор. Расчет и исследование нелинейных электрических цепей переменного тока графическими и аналитическими методами.

Основные параметры и характеристики магнитного поля. Магнитная цепь и ее элементы. Свойства и характеристики ферромагнитных материалов:

кривая намагничивания, петли гистерезиса, вебер-амперная характеристика.

Электрическая схема-аналог магнитной цепи. Законы магнитных цепей. Расчет магнитных цепей постоянного тока графическими, аналитическими и графоаналитическими методами: задачи анализа и синтеза магнитных цепей.

Расчет магнитных цепей переменного тока с реальным магнитопроводом.

5.3. Переходные процессы в электрических цепях Возникновение переходных процессов. Законы коммутации. Начальные условия. Расчет переходных процессов классическим и операторным методом. Расчет и исследование переходных процессов в неразветвленных цепях первого порядка. Расчет и исследование переходных процессов в разветвленных цепях первого и второго порядка. Численные методы расчета переходных процессов в нелинейных цепях.

5.4. Электрические цепи с распределенными параметрами Понятие о цепях с распределенными параметрами, длинные линии. Уравнения длинных линий в дифференциальной и комплексной формах. Первичные и вторичные параметры: волновое сопротивление, коэффициент распространения, коэффициент затухания и коэффициент фазы. Режим бегущих волн и расчет их параметров при заданных напряжениях и токах в начале или в конце линии. Фазовая скорость и длина волны, коэффициент отражения, входное сопротивление.

Режимы работы длинных линий: согласованный режим, режим холостого хода и короткого замыкания. Длинные линии без искажений и длинные линии без потерь. Режим стоячих волн.

Номер раздела Примерный перечень лабораторных и практических работ дисциплины Расчет неразветвленных цепей постоянного тока. Методы расчета разветвленных цепей постоянного тока.

Лаб. работа «Разветвленная линейная электрическая Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока Лаб. работа «Разветвленная линейная электрическая цепь Лаб. работа «Резонансы в электрических цепях»

5.1. Расчет индуктивно связанных цепей Лаб. работа «Исследование трехфазных цепей при соединении нагрузки Лаб. работа «Исследование трехфазных цепей при соединении нагрузки Экспериментальное определение эквивалентных схем замещения двухполюсников и четырехполюсников Расчет нелинейных электрических цепей графическими и аналитическими методами Расчет магнитных цепей постоянного и переменного тока графоаналитическими и аналитическими методами Лаб. работа «Нелинейная электрическая цепь постоянного тока».

Лаб.работа «Нелинейная электрическая цепь синусоидального тока»

Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях классическим и операторным методом Лаб. работа «Переходные процессы в неразветвленной линейной электрической цепи первого порядка».

Лаб.работа «Переходные процессы в неразветвленной линейной электрической цепи второго порядка»

5.4. Определение основных характеристик длинных линий 7.Тематика расчетно-графических работ:

Расчетно-графическая работа № 1. Задача 1. «Расчет разветвленной цепи постоянного тока». Задача 2. «Расчет разветвленной цепи синусоидального тока». Задача 3. «Расчет разветвленной трехфазной цепи».

Целью работы является закрепление студентами навыков анализа и расчёта разветвленных электрических цепей. Содержание работы предусматривает закрепление материала изучаемых разделов, в том числе умение выполнять топологический анализ электрических цепей с целью выбора наиболее эффективных методов их расчёта, закрепление навыков применения комплексного метода расчёта.

Расчетно-графическая работа № 2. «Расчет переходных процессов в линейных разветвленных электрических цепях второго порядка».

Целью работы является освоение классического и операторного методов расчета переходных процессов.

8. Примерный перечень курсов для углубленного изучения В рабочих планах вузов с учетом интересов студентов и научных школ кафедр могут вводиться курсы по выбору студентов для углубления профессиональных знаний:

1. Оценка качества электрической энергии по частным и обобщенным показателям качества.

2. Влияние параметров электрической энергии на показания приборов учета потребляемой энергии.

3. Использование электромагнитных полей в электротехнологических процессах с.-х. производства.

4. Разработка однопроводных и беспроводных систем передачи электрической энергии.

9. Материально-техническое обеспечение Кафедра должна иметь лабораторные стенды для экспериментального исследования электрических цепей постоянного тока, синусоидального тока и трехфазных цепей, стенды для поверки измерительных приборов и измерения электрических и неэлектрических величин, а также дисплейный класс для выполнения расчетов и исследования процессов в электрических цепях с использованием программной среды Electronics Workbench, Multisim, Tina и др.

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение 1. Теоретические основы электротехники: Учебник для с.-х. вузов / А.Н.

Горбунов и др. — М., УМЦ «Триада», 2005.— 304 с.

2. Загинайлов В.И., Меренков А.А., Соболев А.В.

Теоретические основы электротехники. Методические рекомендации по изучению дисциплины и задания на выполнение контрольных работ для студентов заочной формы обучения электротехнических специальностей. – М.:

МГАУ им. В.П. Горячкина, 2009. – 76с.

1. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. /К.С. Демирчан, Л.Р.

Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. – СПб.: «Питер», 2004.

2. Основы теории цепей. /Зевеке Г.В. и др. - М «Энергоатомиздат», 1989. с.

3. Кравцов А.В., Меренков А.А., Соболев А.В. Теоретические основы электротехники. Сборник контрольных и тестовых задач/. Под общей ред.

проф. Соболева А.В. — М.: МГАУ им.В.П. Горячкина, 2009.

4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник для вузов. 11-е изд. – М.: Гардарики, 2007. – 701с.

Программы компьютерного моделирования электрических цепей и электронного оборудования Electronics Workbench, Multisim, Tina и др.

1. Единое окно доступа к образовательным ресурсам http://window/edu.ru.

2. Электронный каталог центральной научной сельскохозяйственной библиотеки (ГНУ ЦНСХБ Россельхозакадемии) http://www.cnshb.ru.

http://www.shat.ru.

4. Электротехника и электроника. Трехфазные электрические цепи: учебное пособие http://window.edu.ru/window/library?p_rid=24979.

5. Тексты книг по электротехническим дисциплинам, в формате pdf для бесплатного перекачивания http://www.kodges.ru.

6. Электронная электротехническая библиотека http:

//www.electrolibrary.info; toehelb.ru/theory/toe/intro.html; buk.ru/technics/30813teoretichesk… 7. Электротехника и электроника: учебное пособие http://window.edu.ru /window/library?p_rid=40470.

11. Методические рекомендации по организации изучения Формами организации учебного процесса по данной дисциплине являются лекции, лабораторные и практические занятия, консультации, самостоятельная работа студентов.

Первый час каждого практического занятия проводится в форме демонстрации преподавателем методики решения задач на конкретных примерах. Второй час проводится студенты решают задачи самостоятельно.

По наиболее сложным темам и возникшим вопросам проводятся консультации во время практических занятий и после занятий. Например, по использованию комплексных чисел при расчёте электрических цепей синусоидального тока и построении векторных диаграмм, построению графиков переходных параметров и другим темам.

Целесообразно проводить контроль текущих знаний по тестам. Тесты составляются по каждому разделу дисциплины и содержат по 15-20 заданий.

Программное обеспечение подразумевает использование компьютерной техники и специальных программ для аудиторного обучения и самостоятельного изучения отдельных разделов дисциплины. Для этого разрабатываются анимационные обучающие программы и презентации по изучаемой дисциплине и отдельным её разделам.

Программа составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 110800 «Агроинженерия».

Программу разработал к.т.н., проф. Соболев А.В. (Московский ГАУ им.

В.П. Горячкина)