Detail předmětu

Elektrotechnika 1

FEKT-BPC-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

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE)

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,
- interpretovat veličiny v magnetických 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.  Pokud budou dva nebo více příkladů v závěrečné zkoušce hodnoceny 0 body, je celkový bodový výsledek zkoušky nulový.

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

BRANČÍK, L. Elektrotechnika 1. Elektrotechnika 1. Brno: FEKT VUT v Brně, 2004. s. 1 ( s.)ISBN: 80-214-2607- 1. (CS)
KALÁB, P.; STEINBAUER, M.; VESELÝ, M. Bezpečnost v elektrotechnice. Brno: Ing. Zdeněk Novotný, CSc, Ondráčkova 105, 628 00 Brno, 2009. s. 1-68. ISBN: 978-80-214-3952- 8. (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

EGUL, O. Introduction to Electrical Circuit Analysis. Wiley, 2017.
JILES, D.Introduction to magnetism and magnetic materials. CRC press. 2015.
MIKULEC, M., HAVLÍČEK, V.: Základy teorie elektrických obvodů. Skriptum ČVUT v Praze, 1997. (CS)
NAGSARKAR, T. J., SUKHIJA, M. S. Basic Electrical Engineering. 2nd edition. Oxford University Press, 2011.
VALSA, J., SEDLÁČEK, J.: Teoretická elektrotechnika I. Skriptum VUT v Brně, 1997. (CS)
WALECKA, J. D. Introduction to Electricity and Magnetism. World Scientific, 2018. (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPC-EKT bakalářský 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPC-IBE bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPC-SEE bakalářský 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPC-TLI bakalářský 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program BPC-AMT bakalářský 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

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

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Mgr. Miloš Klíma, Ph.D.
Ing. Lukáš Zdražil
Ing. Zoltán Szabó, Ph.D.
Ing. Martin Čáp, Ph.D.
prof. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.
Ing. Karel Juřík
Bc. Benjamin Nimmerrichter

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

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Rastislav Motúz, Ph.D.
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
doc. Ing. Miloslav Steinbauer, Ph.D.
prof. Ing. Jarmila Dědková, CSc.
Ing. Petr Raichl
Ing. Eliška Vlachová Hutová, Ph.D.
Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.
Ing. Tomáš Kříž, Ph.D.

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz