ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY

Základní předmět pro bakalářské studium.

Vyučován v 1. ročníku.

Rozpis výuky

téma	hodin	přednášky (P)	numerická cvičení (NC)	laboratorní cvičení (LC)
1	2	Elektrický obvod a obvodové veličiny.
2	2	Odporové obvody.
3	2		Elektrický obvod a obvodové veličiny.
4	2	Odporové obvody.
5	2	Obecné metody řešení lineárních obvodů.
6	2		Odporové obvody.
7	2	Elektrické signály.
8	2	Elektrické pole.
9	2		Odporové obvody.
10	2	Základy elektrických měření.
11	2	Základy elektrických měření.
12	2		Obecné metody řešení lineárních obvodů.
13	2	Kapacitor, kondenzátor.
14	2	Magnetické pole.
15	2		Elektrické signály.
16	2	Induktor, cívka, magnetické obvody.
17	2	Magnetické obvody.
18	2		Elektrické pole.
19	2	Základní zákony elektromagnetického pole.
20	2	Základní zákony elektromagnetického pole.
21	2		Rozbor metod ss. měření.
22	2	Harmonický signál a jeho fázorové vyjádření.
23	2		Kondenzátor. Magnetické pole.
24	2			Úvodní cvičení (poučení o bezpečnosti práce, seznámení s přístroji,..).
25	2	Lineární obvody v HUS.
26	2		Cívka. Induktor.
27	2			Základní zákony a principy elektrotechniky I.
28	2	Střídavá měření.
29	2		Magnetické obvody.
30	2			Základní zákony a principy elektrotechniky II.
31	2	Střídavá měření.
32	2		Harmonický signál a jeho fázorové vyjádření.
33	2			Vliv měřicích přístrojů na měřené veličiny.
34	2	Obvody s M a IT. Výkony v HUS. Třífázové obvody.
35	2		Lineární obvody v HUS.
36	2			Lineární obvody v harmonickém ustáleném stavu.
37	2	Obvody se závislými zdroji. Dvojbrany.
38	2		Vícefázové soustavy.
39	2			Nepřímé měření impedance wattmetrem, voltmetrem a ampérmetrem.
40	2	Přechodné jevy v lineárních obvodech 1. řádu.
41	2		Obvody s M a IT. Dvojbrany.
42	2			Určování náhradních schémat složitých impedancí.
43	2	Přechodné jevy v lineárních obvodech 2. řádu.
44	2		Přechodné jevy.
45	2			Přezkoušení z LC.

Přehled látky

1	Definice a jednotky základních elektrických veličin: náboj, proud, napětí, práce, výkon, odpor, vodivost. Rezistor.
2	Základní dělení elektrických obvodů a signálů.
3	Zdroje a spotřebiče, orientace čítacích šipek napětí a proudu.
4	Ampérvoltové a voltampérové charakteristiky rezistivních dvojpólů. Lineární a nelineární rezistivní dvojpóly. Statický a diferenciální odpor.
5	Ideální a reálné zdroje napětí a proudu, jejich modelování. Vnitřní napětí a proud, vnitřní odpor a vodivost, napětí naprázdno, proud nakrátko. Zatěžovací charakteristiky a jejich matematický popis.
6	Ohmův zákon, I. a II. Kirchhoffův zákon. Místo těchto zákonů v systému obecnějších zákonů elektromagnetismu a fyziky.
7	Princip ekvivalence a jeho důsledky. Výpočet ekvivalentních odporů a vodivostí sériově a paralelně řazených rezistorů. Výpočet celkového odporu obecného odporového obvodu metodou postupného zjednodušování.
8	Použití metody transfigurace hvězda-trojúhelník.
9	Princip ekvivalence napěťových a proudových zdrojů.
10	Théveninova a Nortonova věta a jejich použití.
11	Princip superpozice a jeho použití k analýze složitějších obvodů.
12	Přenos energie a výkonu ze zdroje do spotřebiče. Podmínka výkonového přizpůsobení, velikost maximálního přeneseného výkonu, účinnost při výkonovém přizpůsobení, podmínka maximální účinnosti.
13	Nelineární odporové obvody. Zjednodušování sérioparalelních kombinací.
14	Metoda zatěžovací přímky (křivky).
15	Topologická analýza obvodu. Pojmy uzel, stupeň uzlu, nezávislé uzly, větev, smyčka, nezávislé smyčky.
16	Metoda Kirchhoffových a prvkových rovnic. Výpočet neznámých.
17	Metoda smyčkových proudů. Algoritmické sestavování soustavy rovnic. Výpočet neznámých.
18	Metoda uzlových napětí. Algoritmické sestavování soustavy rovnic. Výpočet neznámých.
19	Přehled obecných metod analýzy odporových obvodů. Výhody, nevýhody a omezení jednotlivých metod.
20	Klasifikace signálů. Jednotkový skok a impuls, obdélníkový impuls.
21	Periodické signály. Opakovací perioda, opakovací kmitočet, maximální a minimální hodnota. Stejnosměrná a střídavá složka signálu.
22	Periodické signály. střední hodnota za periodu, střední hodnota kladné půlvlny, efektivní hodnota. Fyzikální význam střední a efektivní hodnoty a způsob jejich výpočtu.
23	Harmonický signál. Amplituda, kmitočet, počáteční fáze. Vztah časového a fázového posunutí. Střední hodnota, střední hodnota kladné půlvlny a efektivní hodnota harmonického signálu.
24	Princip měření napětí a proudu. Zásady měření.
25	Základní analogový měřicí přístroj. Souvislost mezi výchylkou, proudem a napětím měřicího přístroje. Použití přístroje jako voltmetr a ampérmetr. Vícerozsahové měřicí přístroje. Vliv měřicích přístrojů na měřený objekt.
26	Metody měření odporů. Nepřímé měření pomocí ampérmetru a voltmetru („Ohmova metoda“). Rozbor chyb měření obou variant.
27	Výchylkové měření odporu přímoukazujícím ohmmetrem.
28	Můstkové měření Wheatstoneovým mostem.
29	Měření malých odporů „Ohmovou metodou“ a Thomsonovým mostem. Význam napěťových a proudových svorek.
30	Principy základních měřicích systémů (magnetoelektrický, elektromagnetický, elektrodynamický, feromagnetický).
31	Zásady měření střídavých napětí a proudů. Měření výkonů v HUS.*
32	Silové působení mezi elektrickými náboji, Coulombův zákon.
33	Elektrické pole kolem bodového náboje. Definice intenzity elektrického pole ze silových účinků.
34	Elektrická indukce, elektrický indukční tok. Siločáry elektrického pole.
35	Gaussova věta pro elektrické pole a její aplikace.
36	Elektrický potenciál, ekvipotenciální plochy. Napětí mezi 2 body a jeho výpočet z prostorového rozložení intenzity.
37	El. pole v dielektriku. Polarizace dielektrika. Vztah mezi intenzitou a indukcí. Průraz dielektrika, elektrická pevnost vzduchu.
38	Kapacitor, kondenzátor. Definice kapacity pomocí napětí a náboje. Výpočet kapacity rovinného kondenzátoru.
39	Prvkové rovnice kapacitoru (vztah mezi napětím a proudem). Výpočet energie akumulované v kapacitoru a okamžitého výkonu.
40	Zjednodušování sérioparalelních kapacitních struktur. Analýza obvodů s kapacitory a stejnosměrnými zdroji.
41	Silové působení v prostoru permanentního magnetu a vodičů protékaných elektrickými proudy. Příčiny magnetických jevů.
42	Siločáry magnetického pole. Intenzita a indukce magnetického pole.
43	Lorenzova síla působící na pohybující se elektrický náboj v magnetickém poli.
44	Silové působení proudovodiče a magnetu, silové působení dvou proudovodičů. Magnetické pole proudovodiče, kruhového závitu a cívky.
45	Magnetický indukční tok. Magnetické napětí a magnetomotorické napětí.
46	Magnetický odpor a magnetická vodivost prostředí. Hopkinsonův zákon.
47	Magnetické pole v magnetiku. Para-, dia- a feromagnetismus. Vztah mezi intenzitou a indukcí.
48	Nelineární a hysterezní jevy. Magneticky měkké a tvrdé materiály a jejich typické aplikace.
49	Induktor, cívka. Faradayův indukční zákon, elektromotorické napětí indukované v smyčce v magnetickém poli.
50	Definice indukčnosti pomocí proudu a spřaženého magnetického indukčního toku. Výpočet indukčnosti induktoru s magnetickým jádrem bez rozptylových toků.
51	Prvkové rovnice induktoru (vztah mezi napětím a proudem). Výpočet energie akumulované v induktoru a okamžitého výkonu.
52	Zjednodušování sérioparalelních obvodů s induktory bez magnetické vazby. Analýza obvodů s induktory a stejnosměrnými zdroji.
53	Vzájemná indukčnost, její definice pomocí proudu a spřaženého magnetického indukčního toku.
54	Vztah vzájemné a vlastní indukčnosti, činitel magnetické vazby.
55	Určování znaménka vzájemné indukčnosti. Analýza obvodů se vzájemnými indukčnostmi v HUS.
56	Výpočet výsledné indukčnosti sériového a paralelního řazení induktorů s magnetickou vazbou.
57	Lineární a ideální transformátor. Prvkové rovnice a transformace impedance ideálním transformátorem.
58	Řízené zdroje, druhy, vlastnosti.
59	Linearizovaný dvojbran - podstata, druhy rovnic a parametrů. Modelování dvojbranů pomocí řízených zdrojů.
60	Tranzistor a operační zesilovač jako speciální dvojbrany.
61	Zákon celkového proudu. 1. Maxwellova rovnice – popis transformace elektrického pole v magnetické. Maxwellův posuvný proud.
62	Faradayův indukční zákon. 2. Maxwellova rovnice – popis transformace magnetického pole v elektrické. Odvození 2. Kirchhoffova zákona.
63	Gaussova věta pro elektrické pole. 3. Maxwellova rovnice. Vysvětlení pojmu „zřídlové elektrické pole“.
64	Gaussova věta pro magnetické pole. 4. Maxwellova rovnice. Vysvětlení pojmu „vírové magnetické pole“.
65	Zákon zachování elektrického náboje. Rovnice kontinuity. Odvození 1. Kirchhoffova zákona.
66	Analogie mezi zákonitostmi a veličinami elektrického a magnetického pole.
67	Šíření elektrické energie v elektromagnetickém poli.
68	El. obvody jako zjednodušení obvodů v elektromagnetickém poli.
69	Definice harmonického ustáleného stavu (HUS). Podmínky vzniku HUS.
70	Fázor, komplexor. Pravidla pro počítání s fázory. Vzájemná konverze fázoru a okamžité hodnoty.
71	Kirchhoffovy zákony v komplexním tvaru. Reaktance, susceptance, impedance, admitance, imitance.
72	Výkony v HUS. Okamžitý, činný, jalový, zdánlivý, komplexní výkon. Účiník.
73	Výkonové přizpůsobení v HUS. Podmínky úplného a částečného přizpůsobení zdroje a zátěže.
74	Rezonance paralelní a sériová. Rezonanční křivka, rezonanční kmitočet, činitel jakosti, šířka pásma, charakteristická impedance.
75	Kompenzace účiníku.
76	Výhody vícefázových soustav. Souměrný zdroj, souměrná zátěž, vyvážená soustava.
77	Základní konfigurace třífázových obvodů. Fázová a sdružená napětí a proudy.
78	Paměť, stavové veličiny, stav, řád obvodu. Počáteční podmínky. Druhy stavů: přechodový a ustálený, stejnosměrný a periodický.
79	Definice impulsní a přechodové charakteristiky lineárního obvodu.
80	Přechodné jevy v elektrických obvodech - příčiny vzniku a projevy. Matematický popis - diferenciální rovnice (DR)a její řešení.
81	Přechodné jevy v lineárních obvodech RC, RL 1. řádu: definice časové konstanty, řešení přechodu do stejnosměrného a harmonického ustáleného stavu.
82	Přechodné jevy v lineárních obvodech RLC 2. řádu: definice rezonančního kmitočtu, činitele jakosti, kritického tlumení. Mez aperiodicity. Řešení přechodu do stejnosměrného a harmonického ustáleného stavu.

Laboratorní návody si studenti stahují z webových stránek katedry 217 – sekce výuka – sloupec detaily.

Podmínky udělení zápočtu a bodové hodnocení

1	Minimálně 70-ti procentní účast na všech formách výuky (absence omluvené).
2	Změření všech laboratorních úloh nejpozději do termínu, který stanoví vyučující.
3	Odevzdání úplných pracovních laboratorních sešitů nejpozději do termínu, který stanoví vyučující.

Poznámka: ve zvlášť výjimečných případech může vyučující stanovit náhradní podmínky udělení zápočtu namísto bodu 1.

Poznámky k hodnocení:

Testy na přednáškách (P) se píší v řádných a náhradních termínech, které vyhlásí přednášející na začátku semestru. Náhradní termín mohou absolvovat pouze studenti, kteří se z vážných důvodů (služba, nemoc) nemohli dostavit na řádný termín. Uchazeč o náhradní termín je povinen kontaktovat přednášejícího nejpozději jeden den před konáním náhradního termínu a předložit mu doklad o příčině neúčasti na řádném termínu (např. potvrzení lékaře). Přednášející pak rozhodne, zda studentu umožní napsat test v náhradním termínu. Pokud student nevyužije ani náhradního termínu, přichází o bodový zisk, neboť žádné dodatečné složení testu již nebude možné.

V numerických cvičeních (NC) se hodnotí výkon studenta na cvičeních, včetně případných písemných testů.

V laboratorních cvičeních (LC) se hodnotí příprava studentů v pracovních sešitech vždy před začátkem každého měření, průběh a výsledky měření, finální pracovní sešit, případné vzorové protokoly a výsledek ze závěrečného praktického přezkoušení.

Literatura a studijní pomůcky

BIOLEK,D. a kol.: Úvod do elektrotechniky. Druhé vydání, S-13, 1997.

SMÉKAL, Z.-VESELÝ,V.: Základy elektrotechniky - sbírka příkladů. S-2064, 2000. Dotisk.