Elektrické obvody
| Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
|---|---|---|---|---|
| A1B31EOS | Z,ZK | 6 | 3+2s | česky |
- Přednášející:
- Martin Pokorný (gar.), Václav Havlíček
- Cvičící:
- Martin Pokorný (gar.), Milan Kostílek, Michal Novotný, Matouš Pokorný
- Předmět zajišťuje:
- katedra teorie obvodů
- Anotace:
-
Předmět popisuje základní metody analýzy elektrických obvodů. Má za úkol sjednotit rozdílnou úroveň znalostí studentů z různých typů škol a vytvořit základ pro navazující odborné předměty. Student by měl získat představu o rozdílu mezi skutečným obvodem a jeho modelem, znát chování ideálních obvodových prvků ve stacionárním a v harmonickém ustáleném stavu i během přechodných dějů vyvolaných změnami v obvodu. Nabyté vědomosti by, kromě jiného, měly sloužit také pro kritické posouzení výsledků analýzy a simulace elektrických obvodů pomocí softwarových prostředků.
- Požadavky:
-
Podrobné informace o předmětu A1B31EOS, podmínky jeho absolvování, program cvičení, termíny laboratorních měření a testů a další materiály k výuce jsou dostupné na výukovém portálu Moodle pro ČVUT na adrese <http://ocw.cvut.cz/moodle> v sekci „Elektrotechnika“. Klíč pro zápis do kurzu sdělí studentům a vyučujícím garant předmětu.
- Osnova přednášek:
-
1. Elektrické zařízení a jeho obvodový model. Obvodové veličiny (napětí, proud, výkon), charakteristické hodnoty. Základní pasivní a aktivní ideální obvodové prvky, Ohmův zákon.
2. Základní zákony a teorémy (Kirchhoffovy zákony, Théveninův a Nortonův teorém, princip superpozice), příklady použití (ekvivalence obvodových prvků, dělič napětí a dělič proudu, reálné zdroje).
3. Postupy a metody analýzy elektrických obvodů. Elementární metody analýzy lin. odporových obvodů. Obvody s jedním a s více nezávislými zdroji.
4. Výkon a výkonové přizpůsobení v odporových obvodech. Provozní stavy elektrických obvodů (přechodný děj, ustálený stav). Stacionární ustálený stav (SUS), model obvodu pro SUS.
5. Obecné metody analýzy odporových obvodů - obvodové rovnice (topologie obvodu, metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí).
6. Harmonický ustálený stav (HUS), vyjádření harm. průběhů pomocí fázorů, popis pasivních prvků (impedance, admitance). Elementární a obecné metody analýzy.
7. Fázorové diagramy. Výkon a výkonové přizpůsobení v HUS. Rezonance, rezonanční obvody.
8. Trojfázové soustavy, trojfázové obvody v HUS. Výkony, fázorové diagramy.
9. Kmitočtová závislost obvodových funkcí (impedance, admitance, přenos). Frekvenční charakteristiky obvodů, grafické znázornění a aproximace.
10. Obvodové rovnice v časové oblasti pro lin. obvody s akumulačními prvky. Přechodné děje 1. řádu v obvodech se stejnosměrným buzením.
11. Přechodné děje 2. řádu (aperiodická odezva, tlumené kmity) v základních RLC obvodech. Přechodné děje v obvodech s harmonickým buzením.
12. Použití Laplaceovy transformace pro řešení obvodů - analýza přech. dějů v operátorové oblasti. Buzení jednorázovými impulzy, impulzní a přechodová charakteristika.
13. Souvislost popisu a chování obvodů v časové a frekvenční oblasti. Obvody buzené periodickými neharm. napětími a proudy (PNUS), Fouriérovy řady.
14. Shrnutí znalostí a porovnání metod analýzy elektrických obvodů. Některé další problémy obvodové analýzy.
- Osnova cvičení:
-
1. Úvod. Elektrický obvod, elektrické napětí a proud, zdroje a spotřebiče elektrické energie, fyzikální analogie elektrického obvodu. [S]
2. Obvodové veličiny a jejich charakteristické hodnoty. Pasivní a aktivní obvodové prvky, Ohmův zákon, elektrický obvod. [S]
3. Kirchhoffovy zákony. Sériové a paralelní řazení rezistorů (společný proud resp. společné napětí), nezatížené děliče napětí a proudu. Řazení ideálních zdrojů napětí a proudu. [S]
4. Théveninův a Nortonův teorém, záměna zdrojů, zatížené děliče napětí a proudu. Princip superpozice. Řešení odporových obvodů pomocí elementárních metod. [S]
5. Sériové a paralelní řazení reálných zdrojů napětí a proudu. Výkon spotřebovávaný rezistorem, výkon dodávaný zdrojem, výkonové přizpůsobení. [S/P]
6. Metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů. Vstupní a výstupní odpor obvodu (pro obvody bez i s řízenými zdroji). [S/P]
7. Fázory harmonických veličin, impedance a admitance pasivních prvků v HUS. Elementární metody řešení obvodů v HUS. [S/P]
8. Fázorové diagramy. Obvodové rovnice v HUS. Výkony v HUS (činný, jalový a zdánlivý výkon, účiník), výkonové přizpůsobení, rezonance. [S/P]
9. Rezonance, rezonanční obvody. Trojfázové obvody, výkony, fázorové diagramy. [S]
10. Frekvenční charakteristiky jednoduchých RC a RL článků (integrační, derivační), asymptotická aproximace. Frekvenční charakteristiky složitějších obvodů. [S/P]
11. Vztah napětí a proudu na akumulačních prvcích (kapacitor, induktor). Přechodné děje 1. řádu v obvodech se stejnosměrnými zdroji. [S/P]
12. Přechodné děje 1. řádu s harmonickými zdroji. Přechodné děje 2. řádu v RLC obvodech se stejnosměrnými zdroji (aperiodická odezva, tlumené kmity). [S/P]
13. Řešení obvodů pomocí Laplaceovy transformace, přechodné děje, impulzní buzení, impulzní a přechodová charakteristika. [S/P]
14. Rezerva, opakování, zápočet. [S]
- Cíle studia:
- Studijní materiály:
-
1. Havlíček V., Pokorný M., Zemánek I.: Elektrické obvody 1, 1. vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2005, ISBN 80-01-03299-X
2. Havlíček V., Zemánek I.: Elektrické obvody 2, 1 vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2008, ISBN 978-80-01-03971-7.
3. Čmejla R., Havlíček V.,Zemánek I.: Základy teorie obvodů 1 - cvičení, Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2009, ISBN 978-80-01-04446-9.
4. Čmejla R., Havlíček V.,Zemánek I.: Základy teorie obvodů 2 - cvičení, Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2007, ISBN 978-80-01-03690-7.
Nepovinná literatura pro rozšíření znalostí:
5. Irwin, J. D., Nelms R. M.: Basic engineering circuit analysis: / 9th ed., Wiley, 2008, ISBN 0470128690.
6. Floyd T. L.: Principles of Electric Circuits, Conventional Current Version, 8th ed., Pearsen Prentice Hall, ISBN 0-13-170179-7
7. Alexander Ch. K., Sadiku M., N. O.: Fundamentals of Electric Circuits, 3rd ed., Mc Graw Hill, ISBN: 978-0-07-297718-9.
- Poznámka:
-
Rozsah výuky v kombinované formě studia: 21p+6s
- Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:
- Rozvrh není připraven
- Rozvrh na letní semestr 2011/2012:
-
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po Út St Čt Pá - Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Elektrotechnika, energetika a management - Aplikovaná elektrotechnika (povinný předmět programu)
- Elektrotechnika, energetika a management - Elektrotechnika a management (povinný předmět programu)
- Elektrotechnika, energetika a management - před rozřazením do oborů (povinný předmět programu)