Detail předmětu

Základy elektrotechniky

FSI-RENAk. rok: 2021/2022

Ohmův zákon, rezistivita a odpor, Kirchhoffovy zákony, ideální zdroje napětí a proudu, metody řešení lineárních stejnosměrných obvodů (postupné zjednodušování, náhrada napěťového a proudového zdroje, princip superpozice, Theveninova věta, metody smyčkových proudů a uzlových napětí – s vysvětlením jejich nevhodnosti pro manuální řešení (softwarově nealgoritmizované), transfigurace hvězda-trojúhelník, definice okamžitého a činného výkonu, střední hodnoty a efektivní hodnoty, výpočet činného výkonu v typických případech, upevňování chápání geometrické interpretace pojmů derivace, neurčitý integrál a určitý integrál, ideální cívka, ideální kondenzátor, jejich reaktance, přechodné jevy RC a RL, pasivní lineární střídavé obvody, výkonové přizpůsobení, lineární setrvačný a nesetrvačný dvojbran – typické praktické aplikace, reálná cívka a reálný kondenzátor, sériová a paralelmí rezonance, základní informace o symetrické trojfázové soustavě, definice a souvislosti základních veličin v eletromagnetismu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Schopnost samostatného aktivního návrhu nebo analýzy lineárních stejnosměrných i střídavých elektrických obvodů.

Prerekvizity

Znalosti matematiky na úrovni střední školy, základy diferenciálního a integrálního počtu.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna numerickým cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět je ukončen klasifikovaným zápočtem.

Bodové hodnocení:
1. semestrální test: 10b.
2. semestrální test: 20b.
Závěrečný test (klasifikovaný zápočet): 70b.

Osnovy výuky

1. Ohmův zákon, rezistivita a odpor, Kirchhoffovy zákony, ideální zdroje napětí a proudu, odporový dělič.

2. Metody řešení lineárních stejnosměrných obvodů (postupné zjednodušování, náhrada napěťového a proudového zdroje, princip superpozice).

3. Metody řešení lineárních stejnosměrných obvodů - pokračování  (Theveninova věta). Metoda smyčkových proudů a metoda uzlových napětí – s vysvětlením jejich nevhodnosti pro manuální řešení (softwarově nealgoritmizované), transfigurace hvězda-trojúhelník.

4. Definice okamžitého a činného výkonu, definice střední hodnoty a efektivní hodnoty, výpočet činného výkonu v typických jednoduchých případech, upevňování chápání geometrické interpretace pojmů derivace, neurčitý integrál a určitý integrál, ideální cívka, reaktance cívky.

5. Ideální kondenzátor, reaktance kondenzátoru. RC a RL přechodné jevy, popis fyzikální a matematický, řešení v typických situacích.

6.  Pasivní lineární střídavé obvody. 

7. Pasivní lineární střídavé obvody - pokračování, fázorové diagramy.

8. Výkonové přizpůsobení ve ss a střídavých obvodech, pojem kompenzace.

9. Reálná cívka a reálný kondenzátor.

10. Dvojbrany. Lineární setrvačný a nesetrvačný dvojbran, nelineární dvojbran. Typické jednoduché dvojbrany a jejich praktické aplikace.

11.  Sériová a paralelmí rezonance, vysvětlení a aplikace.

12. Základní informace o symetrické trojfázové soustavě.

13. Definice a vzájemné souvislosti základních veličin v eletromagnetismu. 

Učební cíle

Získání znalostí řešení lineárních stejnosměrných i střídavých obvodů různými metodami, chápání principů a souvislostí týkajících se indukčnosti a kapacity, porozumění RC a RL přechodovým jevům, porozumění sériové a paralelní rezonanci, porozumění základům teorie lineárních dvojbranů, získání základní orientace v principech a veličinách elektromagnetismu.

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

Účast na numerických cvičeních je povinná.

Základní literatura

Patočka M., Vorel P.: Řídicí elektronika - pasivní obvody
skriptum FEKT: Elektrotechnika 1, doc. Ing. Jiří Sedláček, CSc. doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D. (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-MET-P bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.

Osnova

1. Ohmův zákon, odpor vodiče, rezistivita, teplotní závislost odporu, paralelní a sériová konfigurace odporů, Kirchhoffovy zákony, V-A charakteristika a vnitřní odpor ideálního zdroje napětí a proudu, reálný zdroj napětí, nezatížený a zatížený odporový dělič.
2. Metoda postupného zjednodušování, princip superpozice, Theveninova věta.
3. Metoda smyčkových proudů a uzlových napětí. Transfigurace hvězda – trojúhelník. Upevnění a příkladné vysvětlení geometrické interpretace pojmů derivace funkce jedné proměnné, neurčitý integrál a určitý integrál. Definice střední hodnoty. Definice okamžitého výkonu a činného (tj. středního) výkonu, typické příklady.
4. Ideální cívka, základní rovnice, důsledky a souvislosti. Chování RL obvodu – odvození exponenciálního přechodného děje při ss buzení. Harmonické buzení ideální cívky, objasnění pojmu reaktance.
5. Ideální kondenzátor, vysvětlení veškerých souvislostí analogicky jako u ideální cívky, včetně RC obvodů se ss buzením, harmonické buzení ideálního kondenzátoru (reaktance).
6. Pasivní střídavé lineární obvody – princip a výhody používání komplexních čísel, opakování operací s komplexními čísly, rozšíření dříve definovaných pojmů reaktance cívky a kondenzátoru zavedením komplexních čísel. Definice susceptance, impedance a admitance dvojpólu. Intuitivní vhled do Fourierovy transformace. Kreslení fázorových diagramů.
7. Výkonové přizpůsobení ve ss obvodech. Okamžitý a činný výkon ve střídavých obvodech (harmonické průběhy) na reálné zátěži, na čistě induktivní zátěži a na čistě kapacitní zátěži. Okamžitý a činný výkon na obecné impedanci. Definice jalového a zdánlivého výkonu, definice účiníku. Výkonové přizpůsobení ve střídavých obvodech.
8. Dvojbran lineární setrvačný/nesetrvačný. Definice přenosu – význam jeho modulu a fáze, modulová a fázová frekvenční charakteristika. Lineární zkreslení signálu. Nelineární zkreslení nelineárních dvojbranů.
9. Typické pasivní lineární dvojbrany – integrační RC článek – odvození modulu a fáze přenosu, odvození diferenciální rovnice v časové oblasti, řešení odezvy na skok napětí, souvislosti v časové i frekvenční oblasti, praktické použití. Analogicky všechny informace o derivačním RC článku. Odporový dělič s kondenzátorem na výstupu, kompenzace vlivu výstupní kapacity.
10. Vstupní a výstupní impedance lineárního dvojbranu. Odvození vstupní a výstupní impedance RC integračního a derivačního článku. RL integrační a derivační článek. Wienův článek, přemostěný T-článek. Reálná cívka – tangens delta a činitel jakosti. Model se sériovým nebo paralelním ztrátovým odporem.
11. Reálný kondenzátor – tytéž souvislosti jako u reálné cívky. Sériový rezonanční obvod, paralelní rezonanční obvod.
12. Základní pojmy z elektromagnetismu, jejich interpretace a vzájemný vztah. Energie magnetického pole – odvození.
13. Pokračování souvislostí energie magnetického pole (cívka a další aplikace), jednoduchý rozbor elektromagnetu. Základní pojmy a souvislosti z trojfázové soustavy.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ján Mikláš
Ing. Martin Hemzal

Osnova

1. Metody řešení ss obvodů.
2. Ideální cívka a ideální kondenzátor.
3. Přechodné jevy RC a RL.
4. Střídavé obvody, reaktance, susceptance, impedance, admitance.
5. Lineární dvojbrany, kmitočtové charakteristiky.
6. Elektromagnetismus.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz