Дніпродзержинський енергетичний технікум

     Вивчення дисципліни базується на знаннях, одержаних з курсів фізики (розділи: електрика і магнетизм) і вищої математики (розділи: матрична алгебра, диференціальні рівняння, теорія функцій комплексної змінної, теорія поля). Знання, набуті в кредитних модулях ТОЕ (3 кредитні модулі), є базою для оволодіння такими дисциплінами: „Основи метрології та електричних вимірювань”, “Електричні мережі і системи”, „Промислова електроніка”,  „Електричні машини”, “Релейний захист та автоматизація електричних систем” і ін. 

     Дисципліна ТОЕ, як базова, повинна забезпечувати комплексну підготовку майбутнього спеціаліста: професійну підготовку, розвиток творчих здібностей, вміння формулювати і вирішувати проблеми своєї спеціальності, вміння творчо використовувати свої знання. 

    Метою дисципліни є вивчення електромагнітних процесів в електричних колах та окремих пристроях; вивчення основних законів теорії електричних і магнітних кіл, ознайомлення з математичними методами їх аналізу та моде-лювання. 

    Вивчення дисципліни дає студентам знання:

- методів аналізу усталених і перехідних процесів в лінійних електричних колах;

- енергетичних процесів в електричних колах;

- особливостей перебігу електромагнітних процесів у нелінійних електричних колах і методів їх розрахунку;

- методів аналізу електростатичного поля та електричного і магнітного поля постійних струмів, змінного електромагнітного поля.

    Студенти набудуть вміння:

- формувати математичні моделі кола;

- розраховувати усталений режим в лінійному електричному колі, в якому діють джерела постійних, синусоїдних чи періодичних несинусоїдних ЕРС;

- розраховувати перехідний процес в лінійному електричному колі з одним чи двома накопичувачами енергії;

- розраховувати усталений та перехідний режим в однорідній довгій лінії;

- розрахувати нелінійне електричне коло графічним, графоаналітичним або чисельним методом в усталеному та перехідному режимах;

- розрахувати електричне та магнітне поле нескладної конфігурації.

    Студенти отримають навички:

- практичного застосування методів моделювання і розрахунку процесів у технічних пристроях, принцип дії яких заснований на використанні електромагнітних явищ;

- проведення експериментальних досліджень і узагальнення їх результатів;

- використання електровимірювальної апаратури;

- самостійної роботи з навчальною, навчально-методичною і довідковою літературою у галузі електротехніки і суміжних дисциплін.

    Перелік тем лекцій з дисципліни ТОЕ.

1. Вступ. Значення предмету, його зв’язок з іншими предметами. Уявлення про виробництво, постачання та споживання електроенергії.

2. Тема1.1. Електрична напруга та електричний потенціал. Закон Кулона . Напруженість електричного поля. Теорема Остроградського-Гауса. Потенціал, різниця потенціалів. Електрична ємність. Конденсатори. Види з’єднань конденсаторів.

3. Тема 1.2. Електричні кола постійного струму. Основні   Поняття електричного кола. Елементи кола, його  характеристики і параметри.

4. Тема 1.3. Електрорушійна сила.Фізичні процеси в електричному колі постійного струму . Електричний струм. Закон Ома для щільності струму. Закон Ома для ділянки кола. Електричний опір. Електрорушійна сила.

5. Тема 1.4. Рівняння ЕРС джерела, баланс потужностей в електричному колі.Зв’язок між ЕРС джерела та напругою на його виводах. Енергія. Потужність. Баланс потужностей. Закон Джоуля-Ленца. Тривало дозволені струми провідників     Закон Ома для кола постійного струму з одним джерелом енергії.

6. Тривало дозволені струми провідників     Закон Ома для кола постійного струму з одним джерелом енергії.Режими роботи джерел

7. Тема 1.5. Розрахунок лінійних електричних кіл постійного струму. Методи розрахунку  електричних   кіл постійного струму. Елементи схем та умовні  графічні позначення. Закони Кірхгофа  та їх використання для розрахунку розгалужених кіл. Послідовне, паралельне, змішане з’єднання опорів. Метод згортання кола.

8. Режими роботи нерозгалужених електричних кіл постійного струму. Потенційна діаграма. Метод вузлових напруг.

9. Розрахунок електричних кіл постійного струму за допомогою перетворення схеми “трикутника” у еквівалентну “зірку” та навпаки.

10. Принцип накладання струмів у лінійних колах. Метод контурних струмів. Двополюсник. Метод еквівалентного генератора.

11. Чотирьохполюсники, їх рівняння та коефіцієнти. Уявлення про нелінійні кола постійного струму. Графоаналітичний метод розрахунку нелінійних кіл.

12. Тема 2.1.  Магнітне поле , його  характеристики. Розрахунок магнітного кола трансформатора, визначення намагнічуючої сили. Закон Ампера для магнітного поля. Магнітна індукція. Правило Максвела. Закон Біо- Савара-Лапласа. Магнітне поле колового вектора зі струмом. Механічна взаємодія струмів паралельних проводів.

13. Розрахунок магнітних полів, струмів прямолінійного провідника, колової та циліндричної котушок. Магнітний потік. Потокозчеплення.        Намагнічування та напруженість магнітного поля. МРС, правило лівої руки,  Розрахунок сил взаємодії трьох паралельних проводів з постійним струмом при різному розташуванні.

14. Тема 2.2. Феромагнетики, їх намагнічування, магнітна проникність речовин. Феромагнетики. Класифікація магнітних кіл. Закони Ома, Кірхгофа для магнітних кіл. Магнітний опір. Закон повного струму для магнітних опорів. Пряма та обернена задача розрахунку магнітних кіл.

15. Тема 3.1. Закон електромагнітної індукції, залежність ЕРС генератора від магнітної індукції Закон електромагнітної індукції Фарадея, Максвела, правило правої руки, правило “свердлика”, правило Ленца. Явище самоіндукції, індуктивність колової та циліндричної котушок.

16. Тема 4.1. Методи розрахунку електричних кіл синусоїдального струму. Розрахунок синусоїдальних кіл символічним методом. Особливості кіл змінного струму. Векторні діаграми. Діюче і середнє значення синусоїдального струму. Синусоїдальний струм у колах з активним опором, індуктивним реактивний опір. Синусоїдальний струм у колах з ємністю. Нерозгалужене коло з активно-індуктивним опором, з активно-ємкісним опором. Нерозгалужене коло з активним, індуктивним та ємкісним опором. Резонанс напруг.

17. Кола змінного струму з паралельним з’єднанням галузок. Розрахунок розгалужених кіл методом проводи мості. Загальний випадок розгалуженого кола Резонанс струмів. Коефіцієнт потужності та його значення для енергетики.

18. Тема 4.2. Форми запису комплексних чисел. Відображення основних характеристик електричних кіл змінного струму комплексними числами. Закони Ома та Кірхгофа у комплексній формі. Розрахунок кіл синусоїдального струму за допомогою комплексних чисел. Індуктивно - зв’язані кола. Розрахунок індуктивно -  зв’язаних кіл.

19. Тема 4.3. Трифазні кола та їх розрахунки. Розрахунок трифазних кіл в несиметричному, аварійному та симетричному режимах. Симетрична трифазна система ЕРС. Схеми з’єднання обмоток генератора. Трифазні кола без нейтралі при симетричному і несиметричному навантаженні Трифазні кола з нейтральним проводом, що має опір. Зсув нейтралі. Трифазні кола без нейтрального проводу при симетричному та несиметричному навантаженні. З’єднання споживачів енергії трикутником .

20. Тема 4.4: Схеми з’єднання обмоток трансформатора. Розрахунок збитків потужності в обмотках трансформатора.Потужність трифазного кола при симетричному і несиметричному навантаженні. Побудова топографічних діаграм для нормального і аварійного режимів 

21. Розрахунок трифазних кіз з обліком опору  підведених проводів. Одержання обертового магнітного поля.  Пульсуюче магнітне поле. Пульсуюче магнітне поле у вигляді двох обертових. Метод симетричних складових.

22. Тема 4.5. Розрахунок електричних кіл з не синусоїдальними напругами та струмами. Нелінійна індуктивність обмотки генератора. Розрахунок не синусоїдального струму в нелінійній котушці. Види періодичних кривих. Розподілення періодичних кривих на гармоніки. Векторні діаграми. Діюче і середнє значення не синусоїдального струму. Вольт-амперна характеристика ідеального та реального вектора. Нелінійний індуктивний елемент – котушка з феромагнітним осердям. Фільтри. Явище ферорезонансу. Уявлення про стабілізацію напруги. Векторна діаграма котушки зі сталевим осердям.

23. Тема 4.6. Перехідні напруги і струми при регулюванні роботи устаткування. Розрахунок перехідних струмів та напруг в електричних колах. Розрахунок перехідних струмів та напруг при оперативних перемиканнях. Уявлення про перехідні процеси. Примушені та вільні складові струмів та напруг. Вмикання кола з індуктивністю та активним опором на постійну напругу. Коротке замикання у колі з індуктивністю та активним опором. 

24. Тема 4.7. Розрахунок перехідних  струмів та напруг в електричних колах з індуктивністю та ємністю. Розрахунок перехідного струму в колі обмотки індуктивності. Перехідні процеси при комутаціях в електричних колах. Вмикання кола з ємністю та активним опором на постійну напругу. Коротке замкнення у такому колі . Закони комутації. Вмикання кола з індуктивністю та активним опором на синусоїдальну напругу. Вмикання кола з ємністю та активним опором на синусоїдальну напругу. 

25. Електричні кола з розподіленими параметрами (Довгі лінії). Пряма та обернена хвиля в лінії. Основні рівняння лінії. Лінія постійного струму. Перехідні процеси в лінії.

 

Перелік тем семінарів з ТОЕ.

Семінар1. Фізичні процеси в електричних колах постійного струму. Електричне поле.

Семінар2. Методи розрахунку простих електричних кіл постійного струму.

Семінар3. Методи розрахунку складних електричних кіл постійного струму.

Семінар4. Магнітне поле. Електромагнітна індукція.

Семінар 5 . Нерозгалужені кола змінного струму.

Семінар 6. Розгалужені кола синусоїдального струму.

Семінар 7. Трифазні кола.

 

 

Перелік тем лабораторних робіт

• Ознайомлення з особливостями виконання лабораторних робіт, їх значення для змісту навчання. Вивчення правил техніки безпеки під час виконання лабораторних робіт. Ознайомлення з лабораторними стендами, пристроями, вимірювальними приладами та методом їх використання.

• Експериментальна перевірка закону Ома для кола постійного струму з одним джерелом електричної енергії.

• Дослідження режимів роботи нерозгалуженого електричного кола постійного струму зі змінним опором.

• Визначення струмів у багато контурному електричному колі за допомогою законів Кірхгофа.

• Послідовне, паралельне та змішане з’єднання резисторів.

• Вимірювання електричних потенціалів в окремих точках нерозгалуженого електричного кола постійного струму і побудова потенціальної діаграми.

• Експериментальна перевірка результатів перетворення трикутника опорів на еквівалентну зірку і навпаки.

• Визначення струмів в електричних колах за допомогою метода розгалужених кіл.

• Визначення електричного струму в розгалуженому електричному колі методом еквівалентного генератора. 

• Експериментальна перевірка методу вузлової напруги.

• Дослідження пасивного чотирьохполюсника.

• Дослідження нелінійного електричного кола постійного стуму.

• Дослідження електричного кола синусоїдального струму з послідовним з’єднанням резистора та котушки індуктивності.

• Дослідження електричного кола синусоїдального струму з послідовним з’єднанням резистора та конденсатора.

• Дослідження явищ резонансу напруг.

• Дослідження електричного кола синусоїдального струму з паралельним з’єднанням резистора і котушки індуктивності.

• Дослідження електричного кола синусоїдального струму з паралельним з’єднанням резистора і реального конденсатора.

• Дослідження явищ резонансу струмів.

• Перевірка умов одержання кута зсуву фаз між струмом і напругою в 90 градусів.

• Вимірювання електричних параметрів індуктивно - зв’язаних котушок.

• Дослідження режимів роботи трифазного три- та чотири провідного кола при з’єднанні однофазних споживачів у зірку. Визначення режимів роботи кола, в яких зсув нейтралі дорівнює нулеві. Визначення ролі нульового проводу.

• Дослідження режимів роботи трифазного електричного кола при з’єднання однофазних споживачів у зірку. 

• Дослідження режимів роботи трифазного електричного кола при з’єднання однофазних споживачів у трикутник. 

• Дослідження перехідних процесів при заряджанні конденсатора та розряджанні його на опір.

Перелік тем практичних робіт

Практична робота №1

Розрахунок електричних ємностей, напруг, електричних зарядів конденсаторів при послідовному, паралельному та змішаному з’єднанні.  

Практична робота №2

Розрахунок електричних кіл постійного струму з одним джерелом енергії

Практична робота №3

Розрахунок складних електричних кіл постійного струму.

Практична робота №4

Розрахунок  розгалуженого симетричного магнітного кола (пряма задача) без повітряного зазору та при його наявності.

Практична робота №5

Розрахунок однофазних нерозгалужених кіл синусоїдального струму.

Практична робота №6

Розрахунок однофазних розгалужених кіл синусоїдального струму.

Практична робота №7

Розрахунок складних однофазних  кіл синусоїдального струму символічним методом.

Практична робота №8

Розрахунок трифазних  симетричних кіл .

Практична  робота №9

Розрахунок трифазного електричного ланцюга при симетричному навантаженні та нейтральному проводі, який має опір.

Практична робота №10

Розрахунок трифазного несиметричного три провідного та чотири провідного електричного кола при з’єднанні однофазних споживачів енергії у зірку .

Практична робота №11

Розрахунок трифазного електричного кола при з’єднанні однофазних споживачів енергії у трикутник.