Detail předmětu

Electrical Engineering 1

FEKT-BPA-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 laboratorní cvičení a výpočetní cvičení, ve kterých se studenti procvičí v aplikaci získaných teoretických poznatků.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

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.

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. 

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 25 za písemné testy ve cvičeních, 5 bodů za test z laboratorních úloh a 70 bodů za závěrečnou písemnou zkoušku. Podmínkou udělení zápočtu je změření a zpracování zadaných laboratorních úloh a zisk minimálně 15 b. z testů. Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.

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.

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

Irwin, J. D., Wu, C. H. (1999). Basic engineering circuit analysis. New York: Wiley. (EN)
Mayergoyz, I. D., Lawson, W. (2012). Basic electric circuit theory. Gulf Professional Publishing. (EN)
Mulukutla S. S. (2001) Introduction to Electrical Engineering.Oxford University Press. (EN)

Doporučená literatura

Jiles, D. (2015). Introduction to magnetism and magnetic materials. CRC press. (EN)
Nagsarkar, T.K., M.S Sukhija (2011) Basic electrical engineering. Oxford University Press. (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPA-ELE bakalářský

    specializace BPA-ECT , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    specializace BPA-PSA , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Osnova

1. Introduction to electrical engineering.
2. Maxwell equations, laws of electric circuits.
3. Passive and active circuit elements, models.
4. Special methods of analyze of electric circuits (simplification method, superposition, transfiguration, method of source substitution), work and power of electric energy, power matching.
5. Universal methods of analyze of electric circuits (Kirchhoff’s laws, current loops method).
6. Node voltages method, modified node voltages method.
7. Method of source substitution (Thèvenin and Norton theorems).
8. Time variables (classification, characteristic values: maximal, average, rms).
9. Nonlinear circuits - approximation of characteristics of components.
10. Analysis of nonlinear circuits - analytic, graphical, and numerical solution.
11. Magnetic circuits (basic variables and laws, analogy between magnetic and electric circuit, induction, analysis and synthesis of magnetic circuits with coil).
12. Circuits with permanent magnet, force of electromagnet, transformers.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Přemysl Dohnal

Osnova

1. Determination of parameters of real source of the electrical energy
2. Kirchhoff’s laws and method of proportional quantities
3. Substitute source method
4. Node voltages method
5. Current loops method
6. Superposition principle
7. Electrical power transfer
8. Magnetic field in air gap
9. Properties of linear and nonlinear circuit elements

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Přemysl Dohnal

Osnova

1. Recapitulation of mathematics for electrical engineering
2. Introduction to safety in electrical engineering
3. Basic circuit laws, simplification method
4. Method of Kirchhoff’s equations, current loops method
5. Node voltages method
6. Introduction into circuit analysis simulation software
7. Stamp method
8. Thévenin's and Norton's theorem
9. Non-stationary electrical quantities
10. Non-linear circuits and their analysis
11. Magnetic circuits

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz