Course detail
Electrical Engineering
FEKT-HELEAcad. year: 2012/2013
Basics of electric circuits. Linear resistor circuits. Harmonic steady-state in linear circuits. Three-phase circuits and systems. Non-linear resistor and magnetic circuits. Transient processes in electric circuits. Transmission lines.
Language of instruction
Czech, English
Number of ECTS credits
4
Mode of study
Not applicable.
Guarantor
Learning outcomes of the course unit
Knowledge of basic laws and quantities in electrical circuits, properties of electrical circuit elements and their models, power in electrical circuits, time-varying behaviors of voltages and currents. Knowledge of basic methods of analysis of linear resistor circuits and magnetic circuits. Basic knowledge of circuits in harmonic steady state, usage of RC, RL and RLC resonant circuits, three-phase networks, transients in linear circuits and transmission lines as preparation for study in follow-up courses.
Prerequisites
The subject knowledge on secondary school level and the English language knowledge on pre-intermediate level are required.
Co-requisites
Not applicable.
Planned learning activities and teaching methods
Teaching methods depend on the type of course unit as specified in Article 7 of BUT for Studies and Examinations.
Assesment methods and criteria linked to learning outcomes
Total number of points is 100, including 4 x 10 points in two written tests in seminars.
Requirements for completion of a course are: to gain credit and to perform an exam.
Requirements for completion of a course are: to gain credit and to perform an exam.
Course curriculum
Basic quantities and laws in electrical circuits. Basic circuit elements and their models. Power in electrical circuit, power matching. Superposition theorem, simplification method, transfiguration. Direct application of Kirchhoff's laws, loop current analysis, nodal voltage analysis, Thévenin and Norton theorems, utilization of circuit duality and reciprocity.
Harmonic quantities in electrical networks, symbolic method for simulation of linear networks in harmonic steady state. Properties of basic linear passive RC, RL networks, characteristics of resonance circuits LCR. Three-phase systems, power in three-phase systems. Magnetic circuits - basic quantities and laws, analysis of magnetic circuits, graphic methods, loading line method, magnetic circuits under alternating magnetization, transformers. Transients in simple linear RC and RL networks and in 2nd-order networks.
Operator method for solution of transients in linear networks. Step and impulse responses of a linear network. Transmission lines, primary and secondary parameters. Waves on transmission lines. Harmonic steady state. Impedances, standing waves. Transient phenomena in transmission lines.
Harmonic quantities in electrical networks, symbolic method for simulation of linear networks in harmonic steady state. Properties of basic linear passive RC, RL networks, characteristics of resonance circuits LCR. Three-phase systems, power in three-phase systems. Magnetic circuits - basic quantities and laws, analysis of magnetic circuits, graphic methods, loading line method, magnetic circuits under alternating magnetization, transformers. Transients in simple linear RC and RL networks and in 2nd-order networks.
Operator method for solution of transients in linear networks. Step and impulse responses of a linear network. Transmission lines, primary and secondary parameters. Waves on transmission lines. Harmonic steady state. Impedances, standing waves. Transient phenomena in transmission lines.
Work placements
Not applicable.
Aims
The course develops the basic knowledge of electrical engineering principles and English terminology. The course prepares the students for taking part in specialized courses in electrical engineering. Seminars extend and improve theoretical knowledge, laboratory measurements help to verify the theory in a practical way.
Specification of controlled education, way of implementation and compensation for absences
The content and forms of instruction in the evaluated course are specified by a regulation issued by the lecturer responsible for the course and updated for every academic year.
Recommended optional programme components
Not applicable.
Prerequisites and corequisites
Not applicable.
Basic literature
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)
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)
Recommended reading
Dědková,J., Steinbauer,M., Kaláb,P..:Elektrotechnický seminář, skripta, Brno, 2009. (CS)
Classification of course in study plans
Type of course unit
Lecture
13 hod., compulsory
Teacher / Lecturer
Syllabus
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.
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.
Seminar
26 hod., compulsory
Teacher / Lecturer
Syllabus
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.
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.