Detail předmětu

Elektrotechnika

FEKT-HELEAk. rok: 2012/2013

Základy elektrických obvodů. Lineární odporové (nesetrvačné) obvody. Ustálený harmonický stav v lineárních obvodech. Trojfázové obvody a soustavy. Nelineární odporové a magnetické obvody. Přechodné děje v elektrických obvodech. Přenosová vedení.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)

Výsledky učení předmětu

Poznatky o základních zákonech a veličinách v elektrických obvodech, vlastnostech prvků elektrických obvodů a jejich modelech, výkonových poměrech v elektrických obvodech, časově proměnných průbězích napětí a proudů. Vědomostí o základních metodách analýzy lineárních rezistorových obvodů a magnetických obvodů. Základní poznatky o obvodech v harmonickém ustáleném stavu, použití RC, RL a RLC rezonančních obvodů,trojfázových obvodech, přechodných dějích v lineárních obvodech a vedeních jako příprava pro studium navazujících elektrotechnických předmětů.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia a mírně pokročilá znalost angličtiny.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování a způsoby výuky jsou v souladu s článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Seminář bude koncipován jako kombinace numerických a laboratorních cvičení. Na jednoduchých příkladech s využitím kalkulačky a počítačů s elementárními programy budou procvičovány klíčové a některé obtížnější partie předmětu s důrazem na základní znalosti a komplexnější znalosti popisu a pojmů základů elektrotechniky. Poznatky budou současně utvrzovány a ověřovány demonstracemi praktických laboratorních experimentů. Spojení numerického cvičení s praktickým experimentem by mělo přispět k prohloubení teoretických znalostí a usnadnění výuky základních pojmů v anglickém jazyce, mohlo by přispět i k další motivaci ke studiu.

Způsob a kritéria hodnocení

Celkové hodnocení předmětu max. 100 bodů. Z toho 4 x 10 bodů za písemné testy ve cvičeních, 60 bodů za písemnou závěrečnou zkoušku.
Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky.
Zadání testů, laboratorních úloh, závěrečné zkoušky včetně jejich vypracování bude v anglickém jazyce.

Osnovy výuky

Základní veličiny a zákony v elektrických obvodech. Základní prvky obvodů a jejich modely. Výkon v elektrickém obvodu, výkonové přizpůsobení. Princip superpozice, metoda postupného zjednodušování transfigurace. Přímá aplikace Kirchhoffových zákonů, metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí, Théveninův a Nortonův náhradní obvod, využití duality a reciprocity obvodů. Harmonické veličiny v elektrických obvodech, symbolická metoda simulace lineárních obvodů v harmonickém ustáleném stavu. Vlastnosti základních pasivních lineárních obvodů RC, RL, vlastnosti rezonančních obvodů LCR.Trojfázové soustavy, výkony v trojfázové soustavě. Magnetické obvody - základní veličiny a zákony, řešení magnetických obvodů, grafické metody, metoda zatěžovací přímky, magnetické obvody při střídavém magnetování, transformátory. Přechodné děje v jednoduchých lineárních obvodech RC, RL a v obvodech 2. řádu. Řešení přechodných dějů operátorovým počtem, přechodná a impulsová odezva lineárního obvodu, přenosová vedení, primární a sekundární parametry. Vlny na vedení. Ustálený harmonický stav. Impedance, stojaté vlny.Přechodné děje na vedení.

Učební cíle

Osvojení poznatků základních znalostí z elektrotechniky a teorie obvodů potřebných pro studium dalších specializovaných elektrotechnických předmětů.
Osvojení anglické odborné terminologie související s uvedenou tematikou.
V seminářich prohloubit a upevnit teoretické znalosti, prakticky ověřit klíčové teoretické poznatky.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

BRANČÍK, L. Elektrotechnika 1. VUT v Brně: VUT v Brně, 2004. s. 1-160. ISBN: TEE102. (CS)
Electronics Fundamentals: Circuit, Devices and Applications. Merril Publishing Company, USA: 1997. (EN)
SEDLÁČEK, J., VALSA, J. ELEKTROTECHNIKA II. Brno: VUT Brno, FEKT, 2004. s. 1-145. ISBN: 80-214-2573-3. (CS)

Doporučená literatura

Dědková,J., Steinbauer,M., Kaláb,P..:Elektrotechnický seminář, skripta, Brno, 2009. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program AJEI-H bakalářský

    obor H-AEI , 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.
doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.

Osnova

1. - 2. Základy elektrických obvodů
Základní veličiny v elektrických obvodech. Pasivní lineární a nelineární prvky a součástky elektrických obvodů: rezistory, kondenzátory, cívky. Aktivní prvky - neřízené a řízené zdroje napětí a proudu, reálné prvky a jejich modely. Výkon v elektrickém obvodu. Přenos energie ze zdroje do zátěže, výkonové přizpůsobení.
3. - 4. Lineární odporové (nesetrvačné) obvody
Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon a jejich aplikace při řešení obvodů. Metoda postupného zjednodušování. Princip superpozice. Metoda uzlových napětí. Metoda smyčkových proudů. Théveninův a Nortonův náhradní obvod.
5. - 6. Ustálený harmonický stav v lineárních obvodech
Časově proměnné průběhy napětí a proudů. Střední a efektivní hodnota napětí a proudu.
Harmonické průběhy elektrických veličin, symbolické vyjádření. Základní zákony elektrických obvodů v symbolickém tvaru. Impedance, admitance, přenosové funkce. Výkony v obvodech s harmonickým napětím a proudem. Metody řešení elektrických obvodů v harmonickém ustáleném stavu. Článek RC a LR, CR a RL, přenos, kmitočtové charakteristiky. Sériový a paralelní rezonanční obvod. Příklady použití.
7. - 8. Trojfázové obvody a soustavy
Trojfázová soustava- princip a použití. Princip vzniku točivého magnetického pole. Spojení zdrojů a zátěže do hvězdy a trojúhelníka. Výkony v trojfázové soustavě. Srovnání jednofázové a trojfázové soustavy z hlediska ztrát při přenosu elektrické energie.
9. - 10. Nelineární odporové a magnetické obvody
Charakteristiky typických nelineárních prvků a jejich využití. Statické a dynamické parametry. Grafické řešení jednoduchých nelineárních obvodů. Základní veličiny a jednotky magnetického pole. Magnetický obvod, Hopkinsonův zákon, analogie s elektrickým obvodem. Magnetické obvody při střídavém magnetování. Transformátory.
11. - 12. Přechodné děje v elektrických obvodech
Vztahy mezi napětími a proudy u základních obvodových prvků R, C, L. Operátorové charakteristiky obvodových prvků. Přechodné děje v obvodech 1. řádu a 2. řádu. Přechodná a impulsová charakteristika. Stabilita lineárního obvodu.
13. Přenosová vedení
Definice primárních parametrů vedení. Rovnice homogenního vedení. Sekundární parametry vedení. Bezeztrátové vedení. Vlny napětí a proudu. Činitel odrazu. Poměry na vedení za ustáleného harmonického stavu. Impedance naprázdno, nakrátko, se zátěží C nebo L, vedení lambda/2 a lambda/4. Přechodné děje na bezeztrátovém vedení s odporovou zátěží.

Seminář

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Čáp, Ph.D.
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Osnova

Základní prvky obvodů a jejich modely
Střední a efektivní hodnota střídavého proudu
Výkon a výkonové přizpůsobení
Princip superpozice, dualita a reciprocita obvodů
Aplikace Kirchhoffových zákonů v elektrických obvodech, metoda postupného zjednodušování
Metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí
Théveninův a Nortonův náhradní obvod
Základní veličiny a jednotky magnetického pole
Metody řešení magnetických obvodů
Harmonické veličiny v elektrických obvodech. Fázory.
Analýza lineárních obvodů symbolickou metodou.
Vlastnosti základních RC, RL, RLC obvodů.
Výkony v jednofázové a trojfázové soustavě.
Přechodné děje v jednoduchých lineárních obvodech RC, RL.
Přechodné děje v obvodech 2. řádu.
Řešení přechodných dějů operátorovým počtem.
Přechodná a impulsová odezva lineárního obvodu.
Přenosová vedení, primární a sekundární parametry.
Ustálený harmonický stav na vedení. Impedance.