Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

«Теоретические основы электротехники»

академический бакалавр

1. Цели и планируемые результаты изучения дисциплины

Цели освоения дисциплины

Результаты обучения выпускника

Код Результат обучения (компетенция) выпускника ООП

ОПК-2

Способен применять соответствующий физико-математический аппарат, методы

анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при

решении профессиональных задач

ОПК-3

Способен использовать методы анализа и моделирования электрических цепей и

электрических машин

Планируемые результаты изучения дисциплины

знания:

умения:

навыки:

2. Место дисциплины в структуре ООП

3. Распределение трудоёмкости освоения дисциплины по видам учебной

работы и формы текущего контроля и промежуточной аттестации

3.1. Виды учебной работы

Виды учебной работы

Трудоемкость по

семестрам

Очная форма

Общая трудоемкость освоения

дисциплины

3.2. Формы текущего контроля и промежуточной аттестации

Формы текущего контроля

и промежуточной

аттестации

Количество по

семестрам

Очная форма

Текущий контроль

Промежуточная аттестация

Формы текущего контроля

и промежуточной

аттестации

Количество по

семестрам

Очная форма

4. Содержание и результаты обучения

4.1 Разделы дисциплины и виды учебной работы

№

раздела

Разделы дисциплины, мероприятия текущего контроля

Очная форма

Лек,

ач

Пр,

ач

Лаб,

ач

СР,

ач

Итого по видам учебной работы: 80 80 48 89

Зачеты, ач 18

Экзамены, ач 45

5

№

раздела

Разделы дисциплины, мероприятия текущего контроля

Очная форма

Лек,

ач

Пр,

ач

Лаб,

ач

СР,

ач

Часы на контроль, ач 63

Общая трудоёмкость освоения: ач / зет 360 / 10

4.2. Содержание разделов и результаты изучения дисциплины

Раздел дисциплины Содержание

1. Физические основы

электротехники

Предмет курса теоретической электротехники, его построение, связь

со смежными специальными дисциплинами, его место в общей

системе электротехнического образования инженера.

Заряженные элементарные частицы и электромагнитное поле как

особые виды материи, относительность электрического и магнитного

полей. Связь электрического и магнитного полей. Связь заряда частиц

и тел с их электрическим полем. Поляризация веществ. Постулат

Максвелла. Виды электрического тока. Принцип непрерывности

электрического тока. Электрическое напряжение и электродвижущая

сила. Магнитный поток и его непрерывность. Закон

электромагнитной индукции. Потокосцепление. ЭДС самоиндукции и

взаимной индукции. Принцип электромагнитной инерции. Связь

магнитного поля с электрическим током. Намагниченность веществ.

Закон полного тока. Система уравнений электромагнитного поля

Максвелла.

Энергия системы заряженных тел. Распределение энергии в

электрическом поле. Силы, действующие на заряженные тела.

Энергия системы контуров с электрическими токами. Распределение

энергии в магнитном поле. Электромагнитная сила.

6

2. Законы электрических цепей

Элементы электрических цепей. Активные и пассивные

электрические цепи. Физические явления в электрических цепях.

Научные абстракции, принимаемые в теории электрических цепей, их

практическое значение и границы применимости. Цепи с

распределенными и сосредоточенными параметрами.

Параметры электрических цепей. Линейные и нелинейные

электрические и магнитные цепи. Условно-положительные

направления тока в элементах цепи и напряжения на их зажимах.

Источники ЭДС и источники тока. Управляемые и неуправляемые

элементы цепи. Схемы электрических цепей. Топологические понятия

для схемы электрической цепи. Граф цепи.

Законы электрических цепей. Узловые и контурные уравнения

электрических цепей. Полная система уравнений электрических

цепей. Переходные и установившиеся процессы в электрических

цепях. Понятие функции электрической цепи.

Дифференциальные уравнения процессов в цепях с

сосредоточенными параметрами. Понятие о переходных и

установившихся состояниях электрических цепей. Анализ и синтез,

идентификация и диагностика - как основные задачи теоретической

электротехники.

7

3. Цепи синусоидального тока

Синусоидальные ЭДС, напряжения и токи. Источники

синусоидальных ЭДС и токов. Действующие и средние значения

периодических ЭДС, напряжений и токов. Изображение

синусоидальных функций времени комплексными числами.

Векторные диаграммы.

Синусоидальный ток в цепи с последовательным соединением

участков R, L и С. Комплексные сопротивления и проводимость.

Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Метод формирования

уравнений в комплексной форме.

Активная, реактивная и полная мощности. Мгновенная мощность и

колебания энергии в цепи синусоидального тока. Расчет мощности по

комплексам напряжения и тока.

Эквивалентные параметры сложной цепи переменного тока,

рассматриваемой в целом как двухполюсник. Схемы замещения

двухполюсника при заданной частоте.

Расчет при последовательном, параллельном и смешанном

соединении участков цепи. Эквивалентные преобразования в

электрических цепях.

Методы узловых напряжений и контурных токов. Методы сечений и

смешанных переменных, метод расширенных узловых напряжений.

Принципы наложения, взаимности и основанные на них методы

расчета цепи. Теорема о компенсации, линейные соотношения между

напряжениями и токами. Метод эквивалентного генератора.

Многополюсники. Понятие о диакоптике - расчете сложных

электрических цепей по частям.

Расчет цепей при наличии взаимной индукции.

Индуктивно-связанные элементы электрической цепи.

Трансформатор с линейными характеристиками. Идеальный

трансформатор. Цепи, связанные через электрическое поле.

Баланс мощностей в цепи синусоидального тока. Проблемы расчета

установившихся режимов сложных электрических цепей.

Резонанс при последовательном и параллельном соединении

элементов цепи. Частотные характеристики последовательного и

параллельного соединений, а также цепей, содержащих только

реактивные элементы. Резонанс в реактивно-связанных контурах.

Добротность контура.

Многофазные цепи и системы и их классификация. Понятие о

трехфазных источниках ЭДС и тока. Расчеты трехфазных цепей в

симметричных и несимметричных режимах. Получение

вращающегося магнитного поля. Симметричные составляющие

трехфазной системы величин. Применение метода симметричных

составляющих к расчету трехфазных цепей.

8

4. Расчет цепей при

периодических

несинусоидальных

воздействиях

Расчеты мгновенных установившихся напряжений и токов в

электрических цепях при действии периодических несинусоидальных

ЭДС и токов. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при

несинусоидальных токах и напряжениях. О составе высших гармоник

при наличии симметрии форм кривых тока или напряжения.

Особенности поведения высших гармоник в трехфазных цепях. Ряд

Фурье в комплексной форме.

5. Многополюсники

Различные виды уравнений пассивного и активного

четырехполюсника. Системы параметров четырехполюсника и их

взаимосвязь. Эквивалентные схемы замещения взаимных

четырехполюсников. Характеристические параметры. Схемные

функции и частотные характеристики. Способы соединений.

6. Переходные процессы в

линейных цепях

Понятие о переходном процессе в линейной электрической цепи.

Причины возникновения и сущность переходного процесса.

Классический метод расчета. Порядок составления и методы решения

уравнений электрической цепи. Свободные и принужденные

составляющие. Установившиеся и преходящие составляющие.

Собственные частоты цепи. Определение постоянных

интегрирования.

Переходные процессы в цепях с одним накопителем энергии.

Переходные процессы в последовательной цепи R, L, С при ее

включении на постоянное и синусоидальное напряжение.

Переходные процессы при мгновенном изменении параметров

участков цепи. Расчеты переходных процессов в сложной цепи.

Метод переменных состояния. Запись аналитических решений

уравнений состояния с использованием функций от матриц.

Расчеты при воздействии ЭДС произвольной формы. Интеграл

свертки и его применение при анализе переходных процессов.

9

7. Нелинейные электрические

и магнитные цепи

Установившиеся процессы в нелинейных цепях и методы их расчета

Понятия об элементах и свойствах нелинейных цепей. Классификация

нелинейных элементов: двухполюсники и многополюсники, активные

и пассивные элементы, реактивные нелинейные элементы,

инерционные и безынерционные элементы. Характеристики

нелинейных элементов, статические и дифференциальные параметры.

Модели нелинейных элементов.

Основные свойства и методы расчета нелинейных электрических и

магнитных цепей при постоянных токах и потоках. Графические,

графоаналитические и численные методы расчета при

последовательном, параллельном и смешанном соединении

элементов. Расчет сложных нелинейных цепей. Расчет магнитных

цепей. Аналогия уравнений магнитных и электрических нелинейных

цепей. О расчете магнитных цепей с постоянными магнитами.

Особенности расчета режимов нелинейных цепей при переменных

токах и напряжениях. Особенности периодических режимов в

нелинейных цепях. Высшие гармоники. Комбинационные колебания.

Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа

линейных и нелинейных цепей. Идеи линеаризации. Способы

аппроксимации характеристик нелинейных элементов:

кусочно-линейная, степенная, сплайнами. Простейшие графические и

графоаналитические методы, итерационные методы. Аналитические

методы, методы сопряжения интервалов, гармонического баланса,

гармонической линеаризации.

Цепи с нелинейными индуктивностями - катушками с

ферромагнитным сердечником. Метод эквивалентных синусоид.

Эквивалентные параметры и схемы замещения катушки и

трансформатора. Резонансные явления в нелинейных цепях.

Феррорезонансы напряжения и тока. Цепи с вентильными

преобразователями. Цепи с периодически меняющимися

параметрами.

10

8. Цепи с распределенными

параметрами

Примеры цепей с распределенными параметрами. Уравнения линии с

распределенными параметрами.

Решение уравнений однородной линии при установившемся

синусоидальном режиме. Моделирование однородной линии цепной

схемой. Бегущие волны. Различные режимы работы. Условия для

неискажающей линии. Линия без потерь. Режим работы однородной

линии с активной и реактивной нагрузкой. Измерительная линия.

Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

Решение уравнений однородной неискажающей линии при

переходном процессе. Прямая и обратная волны. Характер и

происхождение волн в линиях. Машинное моделирование процессов в

цепях с распределенными параметрами.

9. Теория электромагнитного

поля

Закон полного тока и закон электромагнитной индукции, теорема

Гаусса, принципы непрерывности магнитного потока и

электрического тока в дифференциальной форме. Полная система

уравнений электромагнитного поля (уравнения Максвелла).

Материальные среды и их электрофизические свойства. Векторы

электромагнитного поля на границе раздела сред. Энергия и

энергетические преобразования в электромагнитном поле.

Формы записи уравнений Максвелла и условия однозначности их

решения (теорема единственности). Основные частные случаи

моделей электромагнитных полей (статические и стационарные поля,

переменные поля в проводящих средах и т.п.).

11

10. Электростатическое и

стационарное электрические

поля

Электростатическое поле и его уравнения. Безвихревой характер

электростатического поля. Потенциал и градиент потенциала.

Определение потенциала при заданном распределении зарядов.

Уравнения Лапласа и Пуассона и примеры их решения. Основная

задача электростатики. Плоскопараллельное поле двух заряженных

осей. Поле и емкость параллельных цилиндров. Теорема

единственности и ее следствия. Метод зеркальных изображений.

Связь между потенциалами и зарядами в системе заряженных тел.

Потенциальные и емкостные коэффициенты, частичные емкости.

Алгоритм расчета емкостей. Емкости простых систем электродов и

линий (емкость между круглыми цилиндрами, емкость

двухпроводной линии с учетом влияния земли, емкость трехфазной

сети). Энергия и сила в электростатическом поле.

Уравнения электрического поля постоянных токов. Аналогия

электрического поля в проводящей среде с электростатическим

полем. Электрическое поле растекания токов, сопротивление

растекания

11. Магнитное поле

Вихревой характер магнитного поля тока. Скалярный и векторный

потенциалы и их применение к расчетам магнитных полей.

Обобщенный скалярный магнитный потенциал и его применение для

расчета магнитных полей в областях с током. Аналогии магнитного

поля с электростатическим полем. Поле вблизи плоских поверхностей

ферромагнитных тел. Графические методы построения магнитных

полей. Намагничивание тел различной формы. Размагничивающий

фактор. Описание электромагнитных полей в сверхпроводящих

средах и их магнитные характеристики. Энергия и сила в магнитном

поле.

Расчет индуктивности. Общие выражения для взаимной и

собственной индуктивностей. Индуктивности простых систем

(длинного провода и прямоугольной рамки, кругового контура и т.п.).

Алгоритм расчета индуктивностей. Метод участков расчета

индуктивностей. Индуктивность двухпроводной линии. Взаимная

индуктивность между двумя двухпроводными линиями.

Индуктивность трехфазной линии.

12

12. Аналитические и

численные методы расчета

электрических и магнитных

полей

Постановка краевой задачи для уравнений Пуассона и Лапласа. Виды

граничных условий и типы краевых задач. Методы решения краевых

задач.

Аналитические методы расчета потенциальных полей: метод

зеркальных изображений, метод конформных преобразований,

решение краевых задач с использованием функций Грина, метод

разделения переменных, метод интегральных уравнений,

вариационная постановка краевой задачи и методы ее решения.

Численные методы расчета потенциальных полей: метод конечных

разностей (сеток) и способы его реализации, проекционно-сеточные

методы, метод конечных элементов, численные методы решения

интегральных уравнений, метод граничных элементов, комплексный

метод граничных элементов для плоскопараллельных полей.

13. Переменное

электромагнитное поле

Запись уравнений переменного электромагнитного поля со

сторонними источниками через векторы поля. Применение

электродинамических потенциалов для записи уравнений Максвелла.

Уравнения Максвелла в комплексной форме. Комплексные параметры

среды. Теорема Умова-Пойнтинга в комплексной форме. Вектор

Пойнтинга. Виды задач электродинамики и методы их решения.

Волновые уравнения электромагнитного поля в однородном

изотропном диэлектрике. Распространение плоской волны. Плоские

гармонические волны в идеальном диэлектрике. Характеристики

плоской гармонической волны в несовершенном диэлектрике. Расчет

распространения электромагнитных волн в диэлектрике методом

разделения переменных. Скорость распространения

электромагнитных волн в диэлектрике.

14. Поверхностный эффект и

эффект близости.

Электромагнитное

экранирование.

Векторные уравнения теплопроводности распространения

электромагнитного поля в проводящей среде. Решение одномерного

уравнения теплопроводности. Плоское гармоническое

электромагнитное поле. Явление поверхностного эффекта.

Поверхностный эффект в тонких пластинах и цилиндрических

проводниках. Понятие об эффекте близости. Расчет полных

сопротивлений проводников при переменных токах. Аналитические

методы (разделения переменных интегральных уравнений) решения

краевой задачи в проводящей среде. Применение численных методов

(конечных разностей и конечных элементов) расчета переменных

полей в проводящих средах. Понятие об электромагнитном

экранировании.

13

5. Образовательные технологии

1. Общепедагогические технологии 2. Доминирующий метод: репродуктивная технология, метод

коммуникативного обучения 3. По организационным формам: лекционно -практическая 4. По

характеру педагогического воздействия: личностно-ориентированное обучение

6. Лабораторный практикум

№

раздела

Наименование лабораторных работ

Трудоемкость,

ач

Очная форма

1. Определение параметров пассивного двухполюсника 2

2. Исследование цепей со взаимной индукцией 4

3. Исследование резонанса 4

4. Исследование резонанса в индуктивно связанных цепях 2

5. Исследование трехфазной несимметричной цепи. 4

6. Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях 2

7.

Исследование линейных электрических цепей при несинусоидальных токах и

напряжениях.

4

8. Исследование пассивного четырехполюсника. 4

9. Исследование согласования в цепях с распределенными параметрами. 4

10. Исследование катушки с ферромагнитным сердечником. 2

11.

Определение коэффициентов электростатической индукции, частичных

емкостей и потенциальных коэффициентов .

2

12.

Исследование пространственного растекания электрического тока в

проводящей среде и сопротивления заземлений.

2

13. Исследование магнитного поля цилиндрической катушки. 2

14.

Исследование распределения постоянного тока в плоском проводящем листе.

Моделирование электрического поля двухпроводной линии передачи полем

тока в проводящем листе. Моделирование магнитного поля электрической

машины полем тока в проводящем листе.

2

15.

Исследование намагничивания эллипсоидов в однородном магнитном поле.

Синтез источников, создающих заданное распределение магнитного поляна

отрезке прямой.

2

14

№

раздела

Наименование лабораторных работ

Трудоемкость,

ач

Очная форма

16.

Исследование распределения тока в проводниках, заложенных в пазу

электрической машины. Исследование влияния поверхностного эффекта и

эффекта близости на сопротивление токопроводов.

2

17. Исследование электромагнитного экранирования. 2

18. Исследование механических взаимодействий в системе контуров с током 2

Итого часов 48

7. Практические занятия

№

раздела

Наименование практических занятий (семинаров)

Трудоемкость,

ач

Очная форма

1.

Теорема Гаусса. Постулат Максвелла. Электрические напряжение и потенциал.

Связь магнитного поля с электрическим током. Намагниченность вещества и

закон полного тока. .

1

2.

Закон электромагнитной индукции. Индуктивность и взаимная индуктивность.

Энергия системы заряженных тел. Энергия контуров с токами. Силы,

действующие на заряженные тела. Электромагнитная сила

1

3.

Элементы электрических цепей. Источники энергии в электрических цепях

Топологические понятия схемы электрической цепи. Законы Кирхгофа.

2

4.

Метод эквивалентного генератора. Методы контурных токов и узловых

напряжений.

6

5.

Характеристики синусоидальных ЭДС, напряжений и токов. Векторные

диаграммы. Ток в цепи с последовательным и параллельным соединением

элементов r, L, C.

4

6.

Комплексный метод. Мощность в цепи синусоидального тока. Расчет

электрических цепей при наличии взаимной индукции.

4

7. Расчет трехфазных электрических цепей. Метод симметричных составляющих. 4

8.

Расчет электрических цепей при периодических несинусоидальных

напряжениях.

2

9. Четырехполюсники 2

15

№

раздела

Наименование практических занятий (семинаров)

Трудоемкость,

ач

Очная форма

10.

Расчет переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными

параметрами.

12

11. Расчет установившихся режимов длинной линии. 2

12. Расчет переходных процессов в длинных линиях 6

13. Расчет нелинейных электрических цепей при постоянном токе 2

14.

Система уравнений электромагнитного поля. Граничные условия на

поверхностях раздела сред с различными свойствами.

4

15.

Потенциал электростатического поля. Уравнения Лапласа и Пуассона.

Плоскопараллельное электростатическое поле. Метод зеркальных изображений

Метод комплексного потенциала. Электростатическое поле проводов круглого

сечения. Картина электростатического поля. Графический метод. Расчет

электрической емкости

12

16. Электрическое поле постоянных токов в проводящей среде. 2

17.

Скалярный потенциал магнитного поля. Векторный потенциал магнитного

поля. Расчет индуктивностей

6

18. Метод разделения переменных. Метод сеток и конечных элементов. 4

19. Плоская электромагнитная волна в диэлектрике. 2

20.

Неравномерное распределение переменного магнитного потока и

электрического тока.

2

Итого часов 80

8. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

Примерное распределение времени самостоятельной работы студентов

Вид самостоятельной работы

Примерная

трудоемкость,

ач

Очная форма

Текущая СР

работа с лекционным материалом, с учебной литературой 9

16

Вид самостоятельной работы

Примерная

трудоемкость,

ач

Очная форма

опережающая самостоятельная работа (изучение нового материала до его изложения на

занятиях)

0

самостоятельное изучение разделов дисциплины 0

выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ 0

подготовка к лабораторным работам, к практическим и семинарским занятиям 20

подготовка к контрольным работам, коллоквиумам 30

Итого текущей СР: 59

Творческая проблемно-ориентированная СР

выполнение расчётно-графических работ 0

выполнение курсового проекта или курсовой работы 30

поиск, изучение и презентация информации по заданной проблеме, анализ научных

публикаций по заданной теме

0

работа над междисциплинарным проектом 0

исследовательская работа, участие в конференциях, семинарах, олимпиадах 0

анализ данных по заданной теме, выполнение расчётов, составление схем и моделей на

основе собранных данных

0

Итого творческой СР: 30

Общая трудоемкость СР: 89

9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

9.1. Адрес сайта курса

Дисциплина не имеет отдельного сайта.

9.2. Рекомендуемая литература

Основная литература

17

№ Автор, название, место издания, издательство, год (годы) издания

Год

изд.

Источник

1

Демирчян К.С. и др. Теоретические основы электротехники: Москва [и др.]:

Питер, 2006.

2006

ИБК

СПбПУ

Ресурсы Интернета

1. Переходныепроцессы: http://dl.unilib.neva.ru/dl/2/5233.pdf>

9.3. Технические средства обеспечения дисциплины

10 компьютеров с объемом ОЗУ не ниже 1Гб и функционирующая на его основе

учебно-вычислительная лаборатория.

Принтеры сетевого подключения.

Мультимедийный проектор, допускающий использование без затемнения учебной аудитории и

переносной компьютер (ноутбук).

Аудитория, оборудованная экраном для проецирования изображения, доской и фломастерами.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1. Библиотека кафедры содержит более 400 научных монографий и учебных пособий по всем

учебным дисциплинам.

2. КОМПЬЮТЕРНЫЙ КЛАСС

3. КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ

3.1. ELCUT - лицензионная версия.

3.2. TALC - лицензионная версия.

3.3. Microcap - свободно распространяемая версия.

3.4. Comsol - студенческая версия.

18

3.5. MATHCAD - студенческая версия.

3.6. GARM - лицензионная версия.

4. УЧЕБНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ

Приборный парк, обеспечивающий функционирование лабораторий «Теории электрических

цепей», «Теории электромагнитного поля», «Электромагнитной совместимости», «Теории

электронных цепей» и Учебно-вычислительной лаборатории, а также проведение

научно-исследовательских работ студентов.

11. Критерии оценивания и оценочные средства

11.1. Критерии оценивания

Для дисциплины «Теоретические основы электротехники» предусмотрены следующие формы

аттестации: зачёт, экзамен. Оценивание качества освоения дисциплины производится в свободной

форме.

Зачёт

Отметка «зачет» ставится, если: раскрыты основные понятия; в целом материал излагается полно;

выстраивается диалог с преподавателем по содержанию вопроса; ответил на большую часть

дополнительных вопросов.

Экзамен

Оценка Описание

неудовлетворительно

Отметка «неудовлетворительно» ставится в случае, если: не раскрыто ни

одно из основных понятий; не знает основные определения категорий и

понятий дисциплины; допущены существенные неточности и ошибки при

изложении материала; не ответил на дополнительные вопросы.

19

Оценка Описание

удовлетворительно

Отметка «удовлетворительно» ставится, если: раскрыта только меньшая часть

основных понятий; недостаточно точно употреблял основные категории и

понятия; не использовал примеры, иллюстрирующие теоретические

положения; диалог с преподавателем не получился; не ответил на

большинство дополнительных вопросов.

хорошо

Отметка «хорошо» ставится, если: частично раскрыты основные понятия; в

целом материал излагается полно; использованы при ответе примеры,

иллюстрирующие теоретические положения; выводы обоснованы и

последовательны; выстраивается диалог с преподавателем по содержанию

вопроса; ответил на большую часть дополнительных вопросов.

отлично

Отметка «отлично» ставится, если: раскрыты и точно употреблены основные

понятия; сущность вопросов раскрыта полно, развернуто, структурировано,

логично; использованы при ответе примеры, иллюстрирующие теоретические

положения; представлены разные точки зрения на проблему; выводы

обоснованы и последовательны; полно и оперативно отвечает на

дополнительные вопросы.

Отметка «зачет» ставится, если:

раскрыты основные понятия;

в целом материал излагается полно;

выстраивается диалог с преподавателем по содержанию вопроса;

ответил на большую часть дополнительных вопросов.

Отметка «неудовлетворительно» ставится в случае, если:

не раскрыто ни одно из основных понятий;

не знает основные определения категорий и понятий дисциплины;

допущены существенные неточности и ошибки при изложении материала;

не ответил на дополнительные вопросы.

Отметка «удовлетворительно» ставится, если:

раскрыта только меньшая часть основных понятий;

недостаточно точно употреблял основные категории и понятия;

не использовал примеры, иллюстрирующие теоретические положения;

диалог с преподавателем не получился;

не ответил на большинство дополнительных вопросов.

Отметка «хорошо» ставится, если:

частично раскрыты основные понятия;

в целом материал излагается полно;

20

использованы при ответе примеры, иллюстрирующие теоретические положения;

выводы обоснованы и последовательны;

выстраивается диалог с преподавателем по содержанию вопроса;

ответил на большую часть дополнительных вопросов.

Отметка «отлично» ставится, если:

раскрыты и точно употреблены основные понятия;

сущность вопросов раскрыта полно, развернуто, структурировано, логично;

использованы при ответе примеры, иллюстрирующие теоретические положения;

представлены разные точки зрения на проблему;

выводы обоснованы и последовательны;

полно и оперативно отвечает на дополнительные вопросы.

11.2. Оценочные средства

Вопросы к экзамену по ТОЭ часть 1

1. Основные характеристики электрического и магнитного полей.

2. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса.Поляризация

диэлектрика. Вектор поляризованности.

3. Вектор электрического смещения. Постулат Максвелла.

4. Виды электрического тока. Принцип непрерывности электрического тока.

5. Напряжение, потенциал, э.д.с. Электрическая емкость.

6. Принцип непрерывности магнитного потока. Закон электромагнитной индукции.

7. Потокосцепление само- и взаимной индукции. Индуктивность. Взаимная индуктивность.

Принцип электромагнитной инерции.

8. Намагниченность вещества. Закон полного тока. М.д.с.

9. Энергия электрического поля.

10. Механические силы в электрическом поле.

11. Энергия магнитного поля.

12. Электромагнитная сила.

13. Система уравнений электромагнитного поля.

14. Основные понятия теории электрических цепей. Классификация электрических цепей .

15. Связь между напряжением и током на основных элементах электрических цепей. Источники

электромагнитной энергии. Преобразование источников

16. Схема электрической цепи, ее элементы. Топологический граф электрической цепи, его

элементы.

17. Топологические матрицы.

18. Законы Кирхгофа. Пример формирования системы уравнений по законам Кирхгофа.

21

19. Матричная запись законов Кирхгофа.

20. Законы и параметры магнитных цепей.

21. Метод контурных токов.

22. Метод узловых напряжений.

23. Метод сигнальных графов.

24. Метод эквивалентного источника.

25. Принцип дуальности, принцип наложения, принцип взаимности и основанные на них методы

расчета. Баланс мощностей.

26. Основные характеристики синусоидального сигнала. Особенности анализа режима

установившегося синусоидального тока.

27. Изображение синусоидальных токов и напряжений с помощью вращающихся векторов.

Пример построения векторной диаграммы .

28. Установившийся синусоидальный ток в цепи с последовательным соединением элементов R,

L, C. Активное, реактивное, полное сопротивление цепи.

29. Установившийся синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением элементов R, L, C.

Активная, реактивная, полная проводимость цепи.

30. Эквивалентные параметры пассивного двухполюсника.

31. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности в цепи синусоидального тока.

32. Колебания энергии в цепи синусоидального тока.

33. Комплексный метод.

34. Комплексные сопротивление, проводимость. Пример расчета. Законы Кирхгофа в

комплексной форме. Комплексная мощность.

35. Расчет цепей со взаимной индукцией.

36. Линейный трансформатор: входное сопротивление, схема замещения.

37. Коэффициент связи.Совершенный и идеальный трансформатор.

38. Резонанс в случае последовательного соединения элементов R,L,C.

39. Резонанс в случае параллельного соединения элементов R,L,C.

40. Резонанс в цепях со взаимной индукцией.

41. Частотные характеристики цепей, содержащих только реактивные элементы.

42. Трехфазные цепи и их классификация. Способы соединения трехфазных цепей.

43. Получение вращающегося магнитного поля

44. Разложение несимметричных систем эдс, напряжений и токов на симметричные

составляющие. Метод симметричных составляющих расчета трехфазных цепей.

45. Представление периодических несинусоидальных эдс, напряжений и токов в виде рядов

Фурье(амплитудно-фазовая, тригонометрическая и комплексная форма ряда Фурье)..

46. Метод расчета цепей при действии в них периодических несинусоидальных эдс, напряжений..

22

47. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при несинусоидальных напряжениях. О

составе высших гармоник при наличии симметрии форм кривых напряжения, тока и эдс.

48. Действующие периодические несинусоидальные токи, напряжения и эдс.Активная мощность

при периодических несинусоидальных токах и напряжениях.

Вопросы к экзамену по ТОЭ часть 2

1Классический метод расчета переходных процессов в электрических цепях с сосредоточенными

параметрами. Переменные состояния. Законы коммутации. Определение постоянных

интегрирования.

2Расчет переходного процесса в цепи 1-го порядка классическим методом. Постоянная времени

цепи ( на примере RL-цепи ).

3Расчет переходного процесса в цепи 1-го порядка классическим методом. Постоянная времени

цепи ( на примере RС-цепи ).

4Переходные процессы в цепи с последовательным соединением

элементов RLC.

5Характер переходного процесса в цепи с последовательным соединением

элементов RLC в зависимости от вида корней характеристического уравнения.

6Метод переменных состояния. Формирование системы уравнений состояния цепи.

7Аналитические методы решения системы уравнений состояния цепи.

8Численные методы решения системы уравнений состояния цепи. Явный, неявный методы.

9Преобразование Лапласа. Основные свойства преобразование Лапласа.

10Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме.Связь между напряжениями и токами в основных

элементах электрической цепи в операторной форме. Операторные схемы замещения катушки и

конденсатора.

11Расчет переходных процессов операторным методом. Основные этапы расчета.

12Теорема разложения. Свойства корней характеристического уравнения.

23

13Переходные процессы при мгновенном изменении параметров цепи.

14Переходная и импульсная характеристики цепи.

15Расчет электрической цепи при воздействии эдс произвольной формы. Интеграл Дюамеля.

Пример расчета.

16Представление ряда Фурье в комплексной форме.

Интеграл Фурье. Частотный метод расчета переходных процессов.

17Расчет цепи при воздействии на нее последовательности импульсов, общие положения.

Дискретная импульсная характеристика. Дискретная свертка.

18Дискретное преобразование Лапласа. Z-преобразование.

Общий путь расчета импульсных процессов в цепях с помощью Z-преобразования. Передаточная

функция импульсной системы.

19Четырехполюсники. Виды четырехполюсников. Уравнения четырехполюсников.

20Схемы замещения четырехполюсников. Определение параметров четырехполюсников.

21Способы соединения четырехполюсников.Обратные связи.

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

22Характеристические параметры четырехполюсников. Передаточная функция каскадно

соединененных четырехполюсников.

23Цепи с распределенными параметрами (длинные линии). Уравнения линии.

24Решение уравнений линии для случая установившегося режима синусоидального тока (в

комплексной форме). Представление линии в виде симметричного четырехполюсника.

25Бегущие волны. Падающая, отраженная волна. Длина волны. Скорость распространения волны.

Коэффициенты отражения волн от конца линии.

26Неискажающая линия. Линия без потерь. Работа линии без потерь при различных видах

нагрузки.

27Переходные процессы в линиях. Решение уравнений линии при переходном процессе

операторным методом.

24

28Отражение волн на конце линии при различных видах резистивной нагрузки.

29Отражение волн на конце линии в случае динамической нагрузки (конденсатор, катушка ).

30Преломление и отражение волн в месте сопряжения двух линий без потерь.

31Основные свойства нелинейных электрических цепей. Виды нелинейных элементов, их

свойства и характеристики .

32Расчет нелинейных электрических цепей при постоянном токе графическим способом. Расчет

электрической цепи с одним нелинейным элементом методом эквивалентного генератора.

33Расчет нелинейных электрических цепей численными методами.

34Особенности периодических процессов в цепях с безынерционными нелинейными элементами.

Метод эквивалентных синусоид. Эквивалентные синусоиды и зависимость между

потокосцеплением и током.

35Уравнение, векторная диаграмма и эквивалентная схема катушки с ферромагнитным

сердечником.

36Комплексное магнитное сопротивление магнитной цепи.

37Уравнения, векторная диаграмма и схема замещения трансформатора.

38Явление феррорезонанса при последовательном и параллельном соединении катушки с

ферромагнитным сердечником и конденсатора .

39Устойчивость режима в цепи с индуктивностью и нелинейным сопротивлением.

40Устойчивость режима в цепи с емкостью и нелинейным сопротивлением.

41Релаксационные колебания.

Вопросы к экзамену по ТОЭ часть 3

1. Электромагнитное поле и его уравнения в интегральной форме.

2. Уравнения электромагнитного поля в дифференциальной форме.

3. Теоремы Остроградского-Гаусса и Стокса.

4. Граничные условия на поверхности раздела двух сред с различными диэлектрическими

проницаемостями.

25

5. Граничные условия на поверхности раздела двух проводящих сред.

6. Граничные условия на поверхности раздела двух сред с различными магнитными

проницаемостями.

7. Уравнения электростатического поля. Краевые условия на поверхности проводника.

8. Определение потенциала по заданному распределению зарядов.

9. Плоскопараллельное электростатическое поле. Выражение напряженности поля через

функцию потока и потенциал.

10. Комплексный потенциал электростатического поля.

11. Электростатическое поле провода кругового сечения.

12. Электростатическое поле двухпроводной линии передачи.

13. Графическое изображение плоскопараллельного электростатического поля.

14. Метод зеркальных изображений в электростатическом поле.

15. Определение электрической емкости. Емкость двухпроводной линии передачи.

16. Потенциальные коэффициенты, коэффициенты электростатической индукции и частичные

емкости в системе проводящих тел.

17. Потенциальные коэффициенты в системе параллельных весьма длинных проводов.

18. Емкость двухпроводной линии с учетом влияния земли.

19. Емкость трехфазной линии передачи.

20. Расчет потенциальных коэффициентов в системе двух объемных тел методом средних

потенциалов.

21. Расчет емкости системы двух объемных тел методом средних потенциалов.

22. Расчет потенциальных коэффициентов в системе двух линейных проводников методом

средних потенциалов.

23. Расчет емкости системы двух линейных проводников методом средних потенциалов.

24. Расчет (определение) емкости по картине поля.

25. Уравнения электрического поля постоянных токов в диэлектрике, окружающем провода с

токами.

26. Уравнения электрического поля постоянных токов в проводящей среде. Аналогия его с

электростатическим полем.

27. Применение метода электростатической аналогии для расчета сопротивления заземления.

28. Уравнения магнитного поля постоянных токов. Скалярный магнитный потенциал.

29. Векторный магнитный потенциал. Выражение магнитного потока через векторный

магнитный потенциал.

30. Плоскопараллельное магнитное поле. Комплексный потенциал. Связи между векторами,

потенциалами и функцией магнитного потока.

31. Граничные условия в магнитном поле на поверхности тела из ферромагнитного материала.

32. Магнитное поле тонких проводов с токами.

26

33. Метод зеркальных изображений в магнитном поле.

34. Выражение энергии магнитного поля через векторный магнитный потенциал.

35. Общие выражения индуктивностей витков в однородной среде.

36. Метод участков для расчета индуктивностей.

37. Индуктивность двухпроводной линии передачи.

38. Взаимная индуктивность двух двухпроводных линий.

39. Индуктивность двухпроводной линии вблизи поверхности идеального ферромагнетика.

40. Индуктивность трехфазной линии.

41. Уравнения переменного электромагнитного поля. Волновое число.

42. Теорема Умова-Пойнтинга. Поток электромагнитной энергии. Вектор Пойнтинга.

43. Передача электромагнитной энергии вдоль проводов линии.

44. Плоская электромагнитная волна в диэлектрике.

45. Плоская электромагнитная волна в проводящей среде.

46. Длина плоской электромагнитной волны в проводящей среде. Резкий поверхностный эффект.

Характеристическое сопротивление проводящей среды.

47. Активное и внутреннее индуктивное сопротивление проводника. Выражение вектора

Пойнтинга при наличии только прямой волны.

48. Сопротивление провода при резком поверхностном эффекте. Эквивалентная глубина

проникновения синусоидального тока.

49. Электрический поверхностный эффект. Неравномерное распределение переменного тока в

плоском листе. Коэффициент поверхностного эффекта.

50. Поверхностный эффект и эффект близости в ленточной линии. Коэффициент добавочных

потерь.

27

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

При изложении дисциплины ТОЭ предполагается знание студентами курса физики и особенно его

раздела электричество и магнетизм, а также таких разделов курсов высшей математики и

вычислительной математики как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их

решения, включая численные, теория функций комплексного переменного, уравнения в частных

производных, теория поля и векторный анализ.

Содержание дисциплины ТОЭ в соответствии с последовательностью изучения условно можно

разделить на две части.

28

Первая часть, именуемая "Теория цепей" ("Основы теории цепей"), содержит обобщение понятий

и законов из области электромагнитных явлений на основе сведений, полученных в курсе физики,

и развитие формулировок и определений основных понятий и законов теории электрических и

магнитных цепей, относящихся ко всем разделам курса. Здесь формулируются основные

физические понятия дисциплины ТОЭ, что имеет большое значение для правильной

математической формулировки задач, решаемых методами, излагаемыми в последующих

разделах курса. Наибольший объем этой части отводится анализу линейных и нелинейных

электрических цепей

Вторая часть "Теория электромагнитного поля" имеет решающее значение в общей

электротехнической подготовке будущего инженера-электрика, так как на основе изучения

наиболее простой математической модели пространственно-временных процессов студент

осваивает главные особенности и методы решения уравнений математической физики. Эта часть

курса имеет большое значение для воспитания у студентов фундаментальных общетеоретических

представлений в области электромагнитных явлений.

С целью дальнейшего освоения современных методов теоретической электротехники и

необходимости широкого, проблемно-ориентированного применения средств и методов

вычислительной техники вводятся факультативные курсы. При этом важнейшей составной

частью процесса изучения курса является контролируемая самостоятельная работа студентов.

Самостоятельная работа подразумевает не только изучение теоретических вопросов, но также

обязательное выполнение трех курсовых проектов (по одному в семестр) разумной сложности,

ориентированных на использование вычислительной техники в оптимально приближенных к

реальным инженерным задачам будущей специальности. Эффективность самостоятельного

изучения оценивается регулярно проводимыми контрольными (проверочными) работами.

Выбор и составление задач для практических занятий должны наиболее полно учитывать

проблемы данной специальности. Необходимо выявление наиболее актуальных и теоретических

важных примеров – задач для иллюстрации общефизических и расчетно-теоретических

положений дисциплины ТОЭ с учетом специфики методических подходов, применяемых в

данной специальности.

При изучении дисциплины предполагается применение специализированных обучающих

программ для самостоятельного освоения некоторых ее разделов при помощи ЭВМ, а в

дальнейшем использование экспертных систем, методического и программного обеспечения для

принятия решений с целью развития профессиональных навыков в области анализа, синтеза и

диагностики электротехнических устройств, в которых протекают электромагнитные процессы.

13. Адаптация рабочей программы для лиц с ОВЗ

29

Адаптированная программа разрабатывается при наличии заявления со стороны обучающегося

(родителей, законных представителей) и медицинских показаний (рекомендациями

психолого-медико-педагогической комиссии). Для инвалидов адаптированная образовательная

программа разрабатывается в соответствии с индивидуальной программой реабилитации