marți, 19 februarie 2013

Fisa disciplinei la Fac. Automatica si calculatoare

Scurta prezentare a disciplinei Bazele electrotehnicii:


Electromagnetism: marimile locale/globale. Legi: flux electric/magnetic,  inductia electromagnetica, circuitul magnetic, de material: E-D, B-H, J-E si de transfer: a energiei si  a masei. Ecuatiile lui Maxwell, regimurile campului. Teoremele: conservarea sarcinii, a energiei electromagnetice, forte, condensatoare-C, rezistoare-R, bobine-L. Circuite electrice: fundamentare, topologie, Kirchhoff, puterea electrica. Elemente ideale: dipolare/multipolare, liniare/neliniare, rezistive/reactive, pasive/active si reciproce/nereciproce. Ecuatii si variabile de stare. Similitudini, reprezentarea in complex si operationala - prin transformata Laplace. Functii de circuit: impedante, admitante. Echivalente: serie, paralel, Y, Δ, poligon, pt. surse, bobine cuplate. Forme matriceale, Tellegen, analiza sistematica a circuitelor: tehnici nodale si de bucle. Teoremele liniaritatii, superpozitiei, pasivitatii, reciprocitatii. Thevenin, Norton.
 

1.     DATE DE IDENTIFICARE

Titlul Disciplinei: BAZELE ELECTROTEHNICII

Titular de disciplină: Prof. dr. ing. Daniel IOAN

Tipul: pregatire generala

Numar ore curs: 3 ore

Numar ore aplicatii: 2 ore

Număr total ore pregatire individuală pentru studenţi:52

Numarul de puncte de credit: 5 p.c.

Semestrul: 2

Pachetul: aria curiculara comuna

Preconditii: parcurgerea si/sau promovarea urmatoarelor discipline:

Algebrǎ, Analizǎ matematicǎ, Matematici speciale, Fizica, Structuri de Date si Algoritmi
 

2.     OBIECTIVELE  DISCIPLINEI

-        pentru curs:

·       Însuşirea conceptelor (mărimi, legi, teoreme) necesare înţelegerii fenomenelor electromagnetice, semnifictia fizica, reprezentarea matematica şi principalele aplicaţii tehnice ale acestora, atat in elctro-energetica cat si in control/informatica;

·       Însusirea conceptelor necesare analizei circuitelor electrice aferente  sistemelor electrice si electronice. Modelarea cu elemente ideale.

·       Însusirea terminologiei ingineresti standard, notatii si simboluri, din domeniul circuitelor electrice şi electronice şi electromagnetism tehnic.

-        pentru aplicatii:

·       Însusirea metodelor de analiza a circuitelor electrice (cu parametri concentrați), in diverse regimuri de funcţionare.

·       Însuşirea şi experimentarea simulării pe calculator a circuitelor electrice în diverse regimuri de funcţionare. Înţelegerea metodelor de verificare si interpretare a rezultatelor obtinute prin simulare.

·       Rezolvarea unor probleme simple de câmp electromagnetic

3.     COMPETENTE SPECIFICE (din spectrul de competente al programului de studii)

·       Analiza circuitelor electrice in regim staionar, de c.a. si in regim tranzitoriu.

·       Utilizarea instrumentelor software dedicate analizei circuitelor electrice.

·       Cunoaşterea si intelegerea principalelor fenomene electromagnetice si a modului cum se reprezinta ele in limbaj matematic si informatic. Intelegerea legaturii intre teorie, practica si folosirea calculatorului in ingineria electrica

·       Abilitatea de a gandi si comunica precis, profesional si eficient.

 
 
4.     CONTINUTUL TEMATIC  (SYLABUS)  ( 1 pagină )

a.      Curs:

Capitolul
Continutul
Ore
Ind
Marimile elctromagne-tismului
·        Mărimile locale a le campului si corpurilor.
·        Marimile globale ale campului si corpurilor.
 
3
 
1
Legile elctromagne-tismului macroscopic
·        Legile generale ale electromagnetismului macroscopic: legea fluxului electric/magentic, a inductiei electromagentice, a circuitului magnetic.
·        Legile de material: E-D, B-H, J-E.
·        Legile de transfer: a energiei si a masei in procesul de conductie. Aplicaţii.
·        Ecuatiile lui Maxwell, regimurile campului electromagnetic. Fenomene si efecte fundamentale.
 
9
 
10
Teoremele fundamentale ale  campului electromag-netic
·        Teoremele fundamentale ale electromagnetismului macroscopic: conservarea sarcinii, a energiei electromagnetice, a fortele generalizate.
·        Condensatoare -C, Rezistoare-R, Inductoare-L,
·        Fundamentarea teoriei circuitelor electrice.
9
10
Teoria circuite electrice. Elemente ideale
·   Marimi primitive si derivate in teoria circuitelor electrice.
·   Axiomele teoriei: relatiile lui Kirchhoff, Puterea transferata pe la borne. Ecuatii constitutive si clasificarea elementelor ideale.
·   Elemente ideale dipolare liniare:R, L, C.
·   Elemente ideale dipolare neliniare Dioda, DP.
·   Elemente multipolare rezistive liniare, surse com., AO, AOP.
·   Elemente multipolare reactive liniare: bobine cuplate, elemente nereciproce, sisteme si circuite, ecuatii de stare.
·   Elemente multipolare rezistive neliniare. AON, tr., ANN.
·   Elemente multipolare reactive neliniare, ANN dinamic.
6
12
Similitudini si echivalente in circuitele electrice

Semnale si functii de circuit (operatori de impedanta, admitanta, hibrizi).

·       Circuite liniare in regim armonic, reprezentarea in complex, Puteri in c.a. Similitudinea d.c. – a.c.
·       Reprezentarea operationala a circuitelor liniare, similitudinea a.c.-tr.
·       Teoreme de echivalenta pentru surse
·       Teoreme de echivalenta serie, paralel, mixt
·       Teorem de echivalenta stea, triunghi, poligon
·       Teoreme de echivalenta pentru bobine cuplate
Aplicatii: circuite simple de ord. 1 si 2, circuite trifazate, cuadripoli, filtre (opt.)
9
12
Teoremele fundamentale ale crcuitelor electrice.
·   Forma matriceala a relatiilor lui Kirchhoff
·   Teorema lui Tellegen, bilantul puterilor.
·   Analiza sistematica a circuitor electrice: formularea corecta si rezolvare prin tehnici nodale sau de bucle.
·   Teoremele liniaritatii, superpozitiei, pasivitatii, reciprocitatii
·   Aplicatii: Thevenin, Norton pentru circuite dipolare si multipolare.  Variabile si ecuatii de stare (opt.). Metode numerice pentru analiza circuitelor (opt.).
6
9
 
Total:
42
52



b.     Aplicaţii:

 

Capitolul
Continutul
Nr. Ore
Ind.
Campul electromagnetic
Probleme simple de câmp electrostatic. Calculul capacităţilor unor structuri simple. Probleme simple de camp magnetic stationar.
4
4
Circuite electrice
Graful circuitelor, arbori, bucle fundamentale. Relatiile lui Kirchhoff. Tellegen. Bilantul puterilor. Generarea problemelor de c.c.
2
2
Circuite rezistive (c.c.)
Rezolvarea prin diferite metode, calculul puterilor, determinarea generatoarelor echivalente, rezolvarea circuitelor cu surse comandate
6
6
Circuite de c.a.
Calculul in complex, rezolvarea prin diferite metode, calculul puterilor, generatoare echivalente. Caracteristici de frecventa – Analiza cu SPICE
8
8
Circuite in regim tranzitoriu
Calculul operațional cu transformata Laplace. Analiza tranzitorie cu SPICE
8
8
 
TOTAL
28
28


5.     EVALUAREA

a)    Activitatile evaluate si ponderea fiecareia (conform Regulamentului studiilor de licenţă) :

·       Seminar + laborator+ teme de casa: 30%

·       Examen parţial: 30%

·       Verificare finala: 40%

Competentele (concepte si teorie) reprezinta 45% (cate 15 puncte pentru fiecare din cele trei subiecte teoretice: doua la partial si unul la final) iar 45% abilitatile de rezolvare de probleme si 10% simulare pe calculator.

b)    Cerintele minimale pentru promovare – 50 puncte din 100, iar la fiecare subiect teoretic (lege, teorema):

·       enuntul corect;

·       figura relevanta;

·       formula matematica fara greseli (locala si globala, unde este cazul);

·       semnificatia fizica;

·       consecinte importante, cazuri particulare;

·       definitii, daca este cazul;

·       unitati de masura.

Pentru note mai mari: demonstratiile, comentariile, variante ale enuntului, formele pe suprafete de discontinuitate, consecinte teoretice si aplicatii practice, aspecte matematice si informatice (reprezentarea algoritmica), definitat unitatilor si a procedeelor de masura, verificarea experimentala.

 

c)     Calculul notei finale – prin rotunjirea punctajului final, conform Regulamentului studiilor de licenţă

6.     REPERE METODOLOGICE (modul de prezentare, materiale, etc.)

Cursul este predat atât prin scriere pe tablă. Maniera de predare este interactiva, dialogul putând fi inițiat în orice moment și de studenți. Studentii au acces si la comunicarea electronica prin intermediul blogului dedicat disciplinei: http://bazele-electrotehnicii.blogspot.ro/ Cursul complet este accesibil pe internet la http://www.lmn.pub.ro/~daniel/ .

Seminarul şi laboratorul se derulează combinând maniera clasică de rezolvare a problemelor la tablă cu simulările pe calculator. Lucrările de laborator  sunt accesibile pe internet. Fiecare student lucreaza singur la un calculator, orele de aplicații fiind programate pe subgrupe. Stundentii au la dispozitie pe net o culegere de probleme [6].

O analiza detaliata a metodoligei acestei discipline este disponibila la


Cursuri similare din diferite parti ale lumii

MIT(Anant Agarwal) EECS 6-002 Circuits and electronics

Stanford Univ. (G. Kovacs) EE113 Electronic Circuits

Portland State Univ (J. McNames) ECE 221 –Electric circuits

McGill Canada. ECSE 200 Electric Circuits 1; ECSE 210Electric Circuits 2; ECSE 351     Electromagnetic Fields, Univ. Akron –301 Engineering Electromagnetics

Cornell Univ. ECE 2100 -Introduction to Circuits for Electrical and Computer Engineers

• EE325 ELECTROMAGNETIC ENGINEERING

• EE411 CIRCUIT THEORY

Southern Illinois University ECE 484 Computer Aided Circuit Analysis

 

7.     BIBLIOGRAFIA

1.     D. Ioan, Bazele teoretice ale ingineriei electrice, 2000


      2. D. Ioan, Bazele electrotehnicii, 2012

             http://www.lmn.pub.ro/~daniel/

            3. D. Ioan. Circuite electrice rezistive, Breviare teoretice si probleme, 2000,               http://www.lmn.pub.ro/~daniel/culegere.pdf

      Optional:

1.      Dugdale, Essentials of Electromagnetism (1993) - porneste axiomatic, de la legi (Maxwell)

2.      D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, 3rd Ed (1999) - mai avansata, dar porneste istoric

3.      Nathan Ida, Engineering Electromagnetism (2000), Springer – cu multe aplicatii

4.     L. O Chua, C. A. Desoer, E. S. Kuh, Linear and nonlinear circuits, Mc Graw-Hill 1987.

Referintele clasice in limba romana:

·        Timotin Al s.a. Lectii de bazele electrotehnicii, EDP 1962, 1964, Ed a II-a in 1970

·        Preda M., Cristea P., Spinei F., Bazele electrotehnicii , EDP 1980

·        Mocanu C.I., Teoria campulul electromagnetic, EDP 1980

·        Mocanu C.I., Teoria circuitelor electrice, EDP 1979

·       Radulet R., Bazele electrotehncii, Probleme EDP 1963, ed a II-a 1981