Detail předmětu
Elektrotechnika 1
FEKT-BKC-EL1Ak. rok: 2022/2023
Předmět se věnuje základům elektrotechniky a zejména teorii elektrických obvodů. V úvodu předmětu jsou probírány univerzální i speciální metody analýzy lineárních obvodů ve stacionárním ustáleném stavu. V další části se studenti seznámí s popisem a klasifikací časově proměnných veličin. Následuje úvod to teorie analýzy nelineárních obvodů pomocí grafických i numerických metod. Další část předmětu se věnuje magnetickým obvodům, jejich popisu a základním metodám řešení, včetně obvodů s permanentními magnety. Důležitou součástí předmětů jsou výpočetní cvičení, ve kterých se studenti procvičí v aplikaci získaných teoretických poznatků.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Po absolvování předmětu bude student umět:
- popsat vlastnosti prvků elektrických obvodů a jejich modelů,
- aplikovat základní obvodové zákony při analýze elektrických obvodů,
- analyzovat lineární i nelineární nesetrvačné elektrické obvody,
- interpretovat veličiny v elektrických obvodech,
- vypočítat charakteristické hodnoty časově proměnných průběhů napětí a proudů.
- popsat vlastnosti prvků elektrických obvodů a jejich modelů,
- aplikovat základní obvodové zákony při analýze elektrických obvodů,
- analyzovat lineární i nelineární nesetrvačné elektrické obvody,
- interpretovat veličiny v elektrických obvodech,
- vypočítat charakteristické hodnoty časově proměnných průběhů napětí a proudů.
Prerekvizity
Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia. V rozsahu použitého matematického aparátu by měl být student schopen:
- úpravy matematických výrazů na úrovni sš matematiky;
- vysvětlit postup při vyšetření průběhu funkce pro nalezení extrémů;
- vypočítat řešení soustavy jednoduchých lineárních rovnic;
- aplikovat základní postupy maticového počtu;
- popsat průběhy základních goniometrických funkcí;
- vypočítat derivaci, určitý a neurčitý integrál jednoduchých lineární funkcí jedné proměnné a základních goniometrických funkcí.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací "osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
- úpravy matematických výrazů na úrovni sš matematiky;
- vysvětlit postup při vyšetření průběhu funkce pro nalezení extrémů;
- vypočítat řešení soustavy jednoduchých lineárních rovnic;
- aplikovat základní postupy maticového počtu;
- popsat průběhy základních goniometrických funkcí;
- vypočítat derivaci, určitý a neurčitý integrál jednoduchých lineární funkcí jedné proměnné a základních goniometrických funkcí.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací "osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student vypracovává záznamy o laboratorních úlohách do pracovního sešitu (dostupný v tištěné i elektronické formě).
Způsob a kritéria hodnocení
Celkové hodnocení předmětu max. 100 bodů. Z toho celkem 30 bodů za samostatné práce (5 prací po max. 6 bodech) a 70 bodů za závěrečnou písemnou zkoušku.
Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání všech 5 samostatných prací a zisk minimálně 15 bodů ze 30 možných, dále pak aktivní účast v obou cvičeních. Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.
Studenti, kteří mají předmět zapsaný podruhé, musí také vypracovat a odevzdat všechny zadané práce (neuznávají se).
Podmínkou udělení zápočtu je odevzdání všech 5 samostatných prací a zisk minimálně 15 bodů ze 30 možných, dále pak aktivní účast v obou cvičeních. Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.
Studenti, kteří mají předmět zapsaný podruhé, musí také vypracovat a odevzdat všechny zadané práce (neuznávají se).
Osnovy výuky
1. Elektrotechnika, základní pojmy a zákony.
2. Maxwellovy rovnice, obvodové zákony.
3. Pasivní a aktivní obvodové prvky, modely.
4. Postupné zjednodušování, transfigurace, metoda úměrných veličin, princip superpozice, práce a výkon, výkonové přizpůsobení.
5. Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů (MSP).
6. Metoda uzlových napětí (MUN), řízené zdroje, metoda razítek.
7. Modifikovaná metoda uzlových napětí (MMUN), metoda náhradního zdroje (Thèveninův a Nortonův teorém).
8. Časově proměnné veličiny a jejich parametry, harmonická analýza.
9. Nelineární prvky a obvody, aproximace charakteristik.
10. Metody řešení nelineárních obvodů: grafické, analytické a numerické.
11. Magnetické obvody, základní parametry, základní zákony, řešení magnetických obvodů.
12. Elektromagnety, magnetické obvody s permanentními magnety, transformátory.
2. Maxwellovy rovnice, obvodové zákony.
3. Pasivní a aktivní obvodové prvky, modely.
4. Postupné zjednodušování, transfigurace, metoda úměrných veličin, princip superpozice, práce a výkon, výkonové přizpůsobení.
5. Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů (MSP).
6. Metoda uzlových napětí (MUN), řízené zdroje, metoda razítek.
7. Modifikovaná metoda uzlových napětí (MMUN), metoda náhradního zdroje (Thèveninův a Nortonův teorém).
8. Časově proměnné veličiny a jejich parametry, harmonická analýza.
9. Nelineární prvky a obvody, aproximace charakteristik.
10. Metody řešení nelineárních obvodů: grafické, analytické a numerické.
11. Magnetické obvody, základní parametry, základní zákony, řešení magnetických obvodů.
12. Elektromagnety, magnetické obvody s permanentními magnety, transformátory.
Učební cíle
Cílem předmětu je poskytnutí základních znalostí z elektrotechniky a teorie obvodů potřebných jako širší vědní základ dalšího studia. Předmět připraví studenty pro studium v následujících kursech elektrotechnických specializací.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na laboratorní výuce je povinná. Řádně omluvenou zameškanou výuku lze po domluvě s vyučujícím nahradit, obvykle v zápočtovém týdnu.
Základní literatura
BRANČÍK, L. Elektrotechnika 1. Elektrotechnika 1. Brno: FEKT VUT v Brně, 2004. s. 1 ( s.)ISBN: 80-214-2607- 1. (CS)
SEDLÁČEK, J.; STEINBAUER, M. Elektrotechnika 1 (BEL1) - pracovní sešit. Brno: akademické nakladatelství CERM, s.r.o. Brno, 2008. s. 1 ( s.)ISBN: 978-80-214-3707- 4. (CS)
SEDLÁČEK, J.; STEINBAUER, M.; MURINA, M. Elektrotechnika 1 (BEL1) - laboratorní a počítačová cvičení. Brno: Ing. Zdeněk Novotný, CSc., Ondráčkova 105, 628 00 Brno, 2008. s. 1 ( s.)ISBN: 978-80-214-3706- 7. (CS)
STEINBAUER, M.; KALÁB, P. Bezpečnost v elektrotechnice - pracovní sešit. Brno: CERM Brno, 2007. s. 1-41. (CS)
SEDLÁČEK, J.; STEINBAUER, M. Elektrotechnika 1 (BEL1) - pracovní sešit. Brno: akademické nakladatelství CERM, s.r.o. Brno, 2008. s. 1 ( s.)ISBN: 978-80-214-3707- 4. (CS)
SEDLÁČEK, J.; STEINBAUER, M.; MURINA, M. Elektrotechnika 1 (BEL1) - laboratorní a počítačová cvičení. Brno: Ing. Zdeněk Novotný, CSc., Ondráčkova 105, 628 00 Brno, 2008. s. 1 ( s.)ISBN: 978-80-214-3706- 7. (CS)
STEINBAUER, M.; KALÁB, P. Bezpečnost v elektrotechnice - pracovní sešit. Brno: CERM Brno, 2007. s. 1-41. (CS)
Doporučená literatura
MIKULEC, M., HAVLÍČEK, V.: Základy teorie elektrických obvodů. Skriptum ČVUT v Praze, 1997. (CS)
VALSA, J., SEDLÁČEK, J.: Teoretická elektrotechnika I. Skriptum VUT v Brně, 1997. (CS)
VALSA, J., SEDLÁČEK, J.: Teoretická elektrotechnika I. Skriptum VUT v Brně, 1997. (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Elektrotechnika, základní pojmy a zákony
2. Maxwellovy rovnice, obvodové zákony
3. Pasivní a aktivní obvodové prvky, modely
4. Analýza elektrických obvodů pomocí metod pro speciální případy: Postupné zjednodušování, transfigurace, metoda úměrných veličin, princip superpozice, práce a výkon, výkonové přizpůsobení
5. Analýza elektrických obvodů pomocí univerzálních metod : Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů (MSP)
6. Metoda uzlových napětí (MUN), modifikovaná metoda uzlových napětí (MMUN)
7. Metoda náhradního zdroje (Thèveninův a Nortonův teorém)
8. Časově proměnné veličiny a jejich parametry, harmonická analýza
9. Nelineární prvky a obvody, aproximace charakteristik
10. Metody řešení nelineárních obvodů: grafické, analytické a numerické
11. Magnetické obvody, základní parametry, základní zákony, řešení magnetických obvodů
12. Elektromagnety, magnetické obvody s permanentními magnety, transformátory
2. Maxwellovy rovnice, obvodové zákony
3. Pasivní a aktivní obvodové prvky, modely
4. Analýza elektrických obvodů pomocí metod pro speciální případy: Postupné zjednodušování, transfigurace, metoda úměrných veličin, princip superpozice, práce a výkon, výkonové přizpůsobení
5. Analýza elektrických obvodů pomocí univerzálních metod : Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů (MSP)
6. Metoda uzlových napětí (MUN), modifikovaná metoda uzlových napětí (MMUN)
7. Metoda náhradního zdroje (Thèveninův a Nortonův teorém)
8. Časově proměnné veličiny a jejich parametry, harmonická analýza
9. Nelineární prvky a obvody, aproximace charakteristik
10. Metody řešení nelineárních obvodů: grafické, analytické a numerické
11. Magnetické obvody, základní parametry, základní zákony, řešení magnetických obvodů
12. Elektromagnety, magnetické obvody s permanentními magnety, transformátory
Laboratorní cvičení
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Stanovení parametrů náhradního zdroje
2. Kirchhoffovy zákony a metoda úměrných veličin
3. Metoda náhradního zdroje
4. Metoda uzlových napětí (MUN)
5. Metoda smyčkových proudů (MSP)
6. Princip superpozice
7. Přenos výkonu
8. Magnetické pole ve vzduchové mezeře
9. Vlastnosti lineárních a nelineárních obvodových prvků
2. Kirchhoffovy zákony a metoda úměrných veličin
3. Metoda náhradního zdroje
4. Metoda uzlových napětí (MUN)
5. Metoda smyčkových proudů (MSP)
6. Princip superpozice
7. Přenos výkonu
8. Magnetické pole ve vzduchové mezeře
9. Vlastnosti lineárních a nelineárních obvodových prvků
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Opakování – matematika v elektrotechnice
2. Úvod do bezpečnosti v elektrotechnice
3. Základní obvodové zákony, metoda postupného zjednodušování
4. Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů
5. Metoda uzlových napětí
6. Úvod do počítačového řešení elektrických obvodů
7. Řízené zdroje v metodě uzlových napětí, metoda razítek
8. Metoda náhradního zdroje
9. Časově proměnné veličiny
10. Nelineární obvody a jejich analýza
11. Magnetické obvody
2. Úvod do bezpečnosti v elektrotechnice
3. Základní obvodové zákony, metoda postupného zjednodušování
4. Metoda Kirchhoffových rovnic, metoda smyčkových proudů
5. Metoda uzlových napětí
6. Úvod do počítačového řešení elektrických obvodů
7. Řízené zdroje v metodě uzlových napětí, metoda razítek
8. Metoda náhradního zdroje
9. Časově proměnné veličiny
10. Nelineární obvody a jejich analýza
11. Magnetické obvody