Документ 928105

2
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ....................................................................................................................... 4
1. Цели и задачи дисциплины .................................................................................... 4
2. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины ................................. 5
3. Объем дисциплины и виды учебной работы ....................................................... 6
4. Содержание дисциплины ....................................................................................... 7
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий ............................................................. 7
4.2. Содержание разделов дисциплины ................................................................. 7
5. Лабораторный практикум ...................................................................................... 9
6. Практические занятия ............................................................................................. 9
7. Внеаудиторная самостоятельная работа ............................................................ 10
7.1. Расчетно-графическая работа ........................................................................ 10
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины .............................................. 10
8.1. Рекомендуемая литература............................................................................. 10
8.1.1. Основная литература................................................................................. 10
8.1.2. Дополнительная литература ..................... Error! Bookmark not defined.
8.2. Средства обеспечения усвоения дисциплины ............................................. 10
9. Материально - техническое обеспечение дисциплины .................................... 12
4
ВВЕДЕНИЕ
Учебная программа составлена в соответствии с требованиями к уровню
подготовки дипломированного специалиста по дисциплинам, дополняющим
федеральные дисциплины ГО ВПО по направлению подготовки дипломированного специалиста 200100 – Приборостроение по специальности 200103 –
Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы
Основные сведения о дисциплине
Компо-
Наимено-
нент ГОС
вание
Семестры
Всего
Аудит.
Образовательная
Вид
(час.)
(час.)
программа
итогового
цикла, в
Вид
Срок
который
обуче-
входит
ния
дисци-
(лет)
контроля
плина
Национально-
ЕН
5
100
40
полная
5
зачет
региональный
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов системы знаний в области теории электромагнитных полей, создание основы электротехнического образования и базы для восприятия и изучения совокупности
средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на исследование, разработку и применение техники, машин, конструкций, приборов,
технических систем и технологий.
Предметом дисциплины является изучение как с количественной, так и
с качественной сторон электромагнитных процессов, происходящих в распределенных и сосредоточенных электротехнических системах при прохождении
через них различных электрических сигналов.
Основная задача изучения дисциплины «Теория нелинейных электрических и магнитных цепей» состоит в изучении одной их форм материи – электромагнитного поля и его проявлений в различных устройствах техники с учетом нелинейности основных элементов, усвоении современных методов моде-
5
лирования электромагнитных процессов, методов анализа, синтеза и расчета
нелинейных электрических и магнитных цепей, значение которых необходимо
для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности.
Решаемые задачи:
 образовательная – освоение теоретических основ и получение практических
навыков по анализу и расчёту электромагнитных полей, анализу, расчёту и
эксплуатации электромагнитных устройств, электронных устройств, приобретение знаний, необходимых для изучения специальных дисциплин;
 развивающая – развитие инженерного мышления, необходимого студенту
при использовании полученных знаний для решения задач будущей специальности;
 воспитательную – формировать на основе этих знаний естественно-научное
мировоззрение, развивать способность к познанию и культуру мышления.

Мeстo дисциплины в учебном процессе:
 дисциплина опирается на базовые знания, полученные студентами при изучении дисциплин высшей математики (тригонометрии, дифференциальные
уравнения, векторный анализ), физики (электричество и магнетизм), информатики
 знания и умения, полученные студентами в результате изучения дисциплины, в дальнейшем служат фундаментом при изучении специальных дисциплин.

Программа предусматривает лекционные, практические, лабораторные
занятия, самостоятельную работу, зачет. Процесс обучения включает использование студентами ПК.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ УСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
После изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
– о фундаментальных положениях электротехники;
– важнейших свойствах и характеристиках нелинейных электрических цепей;
– важнейших свойствах и характеристиках магнитных цепей;
– методах расчета нелинейных цепей во временной области;
знать:
– теорию нелинейных электрических и магнитных цепей;
6
– элементы нелинейных электрических цепей и их модели при различных сигналах;
– элементы линейных и нелинейных магнитных цепей и их модели;
– методы расчета нелинейных цепей;
уметь:
– проводить расчет нелинейных электрических цепей в стационарном и нестационарном режимах,
– расчет магнитных цепей в стационарном режиме;
– анализ реакции нелинейной цепи на воздействие электрических сигналов.
иметь навыки:
– создания физических моделей электронных устройств и их экспериментального исследования;
– составления структурных топологических моделей (схем замещения) для
электрических и магнитных цепей электромагнитных систем, а также электротехнических устройств;
– обработки результатов эксперимента;
– работы с вычислительной техникой для решения рассматриваемого круга задач;
– использования прикладных программ по моделированию и расчету электрических и магнитных цепей.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия
Лабораторные работы
Самостоятельная работа студентов
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля
Всего
часов
100
40
22
10
8
60
60
-
Семестр
5
100
40
22
10
8
60
Расчетно-графическая работа
зачет
7
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Наименования
разделов дисциплины
1.
Введение. Основные понятия теории нелинейных электрических и магнитных цепей
Расчет нелинейных электрических цепей на
постоянном токе
Линейные и нелинейные магнитные цепи
Расчет нелинейных резистивных цепей на
переменном токе. Цепи с диодами и стабилитронами.
Расчет нелинейных реактивных цепей на
переменном токе. Катушка с ферромагнитным сердечником. Нелинейный конденсатор.
Метод эквивалентных синусоид. Расчет нелинейных цепей по действующим значениям тока и напряжения.
Переходные процессы в нелинейных цепях.
Устойчивость и автоколебания в нелинейных цепях.
Заключение. Контрольное занятие
ВСЕГО:
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Лекции Практиче(час.)
ские занятия (час.)
Лабораторные
работы
(час.)
Самостоятельная
работа
студентов
(час.)
2
10
1
3
2
2
4
2
2
2
5
15
4
2
2
20
2
2
2
10
10
8
60
3
2
1
22
4.2. Содержание разделов дисциплины
4.2.1. Введение.
Понятие 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 и их кусочнолинейная аппроксимация; статические и дифференциальные параметры.
4.2.2 Методы расчета нелинейных электрических цепей при постоянных токах.
Графические, графоаналитические и численные методы расчета при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов. Расчет
сложных нелинейных цепей.
8
4.2.3 Магнитные цепи при постоянных потоках.
Основные законы магнитной цепи. Аналогия уравнений магнитных и
электрических нелинейных цепей. Расчет неразветвленных и разветвленных
магнитных цепей. О расчете магнитных цепей с постоянными магнитами.
4.2.4. Расчет нелинейной цепи переменного тока.
Особенности периодических режимов в нелинейных цепях. Высшие
гармоники. Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа линейных и нелинейных цепей.
Цепи с вентильными преобразователями: диодами и стабилитронами.
Цепи с нелинейными индуктивностями - катушками с ферромагнитным
сердечниками. Метод эквивалентных синусоид. Эквивалентные параметры и
схемы замещения катушки и трансформатора.
Цепи с нелинейными конденсаторами.
Резонансные явления в нелинейных цепях. Феррорезонанс напряжения и
тока.
4.2.5 Переходные процессы в нелинейных электрических цепях и методы
их расчета: аналитические и численные.
Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа линейных и нелинейных цепей в переходном режиме.
Идеи линеаризации. Методы кусочно-линейной аппроксимации, условной линеаризации, итерационные, аналитические методы.
4.2.6 Устойчивость и автоколебания.
Вопросы устойчивости колебательного режима в цепях, содержащих линейные реактивные элементы и нелинейное сопротивление с падающими
участками характеристики.
Особенности колебательных процессов в нелинейных электрических
цепях. Релаксационные колебания в цепи с отрицательным сопротивлением.
4.2.7 Заключение.
9
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ Наименования разделов дисциплины
1.
2.
3.
4.
Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе.
Расчет нелинейных резистивных
цепей на переменном токе. Цепи
с диодами и стабилитронами.
Расчет нелинейных реактивных
цепей на переменном токе. Катушка с ферромагнитным сердечником.
Метод эквивалентных синусоид.
Расчет нелинейных цепей по действующим значениям тока и
напряжения.
Наименования лабораторных работ
Затраты
времени
(час.)
Исследование электрических цепей с нелинейными резистивными элементами
4
Исследование катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником
4
6. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
№ Наименования разделов дисциплины
1.
2.
3.
4.
5.
Наименования практических
занятий
Расчет нелинейных электриче- Расчет нелинейных электрических цепей на постоянном токе.
ских цепей на постоянном токе.
Графический метод. Аналитический метод.
Расчет магнитных цепей при по- Расчет неразветвленных линейстоянных потоках.
ных и нелинейных магнитных
цепей. Решение прямой и обратной задачи расчета.
Расчет нелинейных резистивных Расчет цепей с диодами и стабицепей на переменном токе.
литронами на переменном токе.
Расчет нелинейных реактивных Расчет цепей с нелинейными кацепей на переменном токе. Ка- тушками индуктивности и нелитушка с ферромагнитным сердеч- нейными конденсаторами на пеником. Нелинейный конденсатор. ременном токе при кусочнолинейной аппроксимации рабочих характеристик.
Метод эквивалентных синусоид. Расчет катушек с ферромагнитРасчет нелинейных цепей по дей- ным сердечником по методу экствующим значениям тока и вивалентных синусоид. Ферроренапряжения.
зонанс напряжений.
Затраты
времени
(час.)
2
2
2
2
2
10
7. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Внеаудиторная самостоятельная работа студента включает в себя выполнение расчетно-графической работы, оформление отчетов к лабораторным работам и решение задач по разделам изучаемой дисциплины.
7.1. Расчетно-графическая работа
№
Темы расчетно-графической работы
1.
Расчет нелинейных цепей постоянного тока
2.
Расчет нелинейных цепей с диодами
и стабилитронами на переменном
токе.
Расчет электрических цепей с нелинейными реактивными элементами.
3.
4.
Расчет нелинейной магнитной цепи.
Форма представления
результатов решения
задач
Раздел пояснительной записки (объемом не более 3 стр.)
Раздел пояснительной записки (объемом не более 5 стр.)
Раздел пояснительной записки (объемом не более 6 стр.)
Раздел пояснительной записки (объемом не более 5 стр.)
Затраты времени (час.)
10
15
20
15
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
8.1. Рекомендуемая литература
8.1.1. Основная литература
1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи:
[учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки
дипломированных специалистов "Электротехника, электромеханика и электротехнологии", "Электроэнергетика", "Приборостроение" ] / Л. А. Бессонов
- Москва: Гардарики, 2007 - 701, [2] с.
2. Теоретические основы электротехники: Учеб. для вузов / К. С. Демирчян [и
др.] - СПб: Питер, 2003-. Т. 2 - 576 с.
3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное
поле: [учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по
направлениям подготовки дипломированных специалиcтов "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" и "Электроэнергетика]" Москва: Гардарики, 2003 - 317 с.
11
8.2. Средства обеспечения усвоения дисциплины
8.2.1. При изучении курса по рекомендации преподавателя студенты могут пользоваться учебной, научной и справочной литературой (в том числе, отражающей ГОСТы и ЕСКД).
8.2.1. При изучении курса по рекомендации преподавателя студенты могут пользоваться учебной, научной и справочной литературой (в том числе, отражающей ГОСТы и ЕСКД).
8.2.2. В процессе выполнения внеаудиторной работы предусмотрено использование Интернет-системы дистанционного обучения электротехнике
«ЭДО», интегрированной в сайт кафедры ТОЭ http://toe.ugatu.ac.ru, элементы
которой входят в "Каталог программ, рекомендованных научно-методическим
советом по электротехнике и электронике Министерства образования и науки
Российской Федерации".
Интернет-система дистанционного обучения электротехнике «ЭДО»
предоставляет следующие средства усвоения дисциплины:
- доступ к учебной программе дисциплины;
- гипертекстовый доступ к электронным версиям учебных пособий, методических указаний и сборников задач, разработанных преподавателями кафедры ТОЭ;
- возможность автоматизированной проверки студентами индивидуальных заданий в рамках решения расчетно-графической работы и домашних заданий
- возможность студентами получить контекстную подсказку при решении
индивидуальных заданий
- возможность преподавателю отслеживать ход выполнения студентами
индивидуальных заданий в режиме реального времени с помощью электронного журнала.
8.2.3. В процессе выполнения аудиторной и внеаудиторной работы, выполнения расчетно-графической работы предусмотрено использование пакетов
прикладных программ Matcad, Electronics Workbench 5.12, GAUSS.
При изучении дисциплины предусматривается лекционное изложение
курса, самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями, лабораторные работы, практические занятия, выполнение расчетно-графической работы, консультации по курсу.
В процессе изучения дисциплины предусматривается текущий контроль
по каждому практическому занятию и рубежный контроль в виде защиты расчетно-графической работы. Сроки проведения контроля и выполнения расчетно-графической работы оговариваются в календарных планах занятий.
Завершающим этапом изучения курса является зачет.
12
9. МАТЕРИАЛЬНО - ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Выполнение лабораторных работ по дисциплине осуществляется в специализированной лаборатории филиала в г. Кумертау на стендах типа «Квазар», оснащенных необходимой контрольно - измерительной аппаратурой и
макетами исследуемых устройств. Всего в лаборатории могут одновременно
выполнять работы 4 студенческие бригады.
13
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
"ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ"
по
по направлению подготовки дипломированного специалиста
200100 – Приборостроение
специальности 200103 – Авиационные приборы и измерительновычислительные комплексы
очной формы обучения
филиал в г. Кумертау