(ФГБОУ ВО Чувашский ГАУ)
Направленность (профиль) Электрооборудование и электротехнологии
(<Курс>.<Семестр на курсе>)
Направленность (профиль) Электрооборудование и электротехнологии, одобренный Ученым советом ФГБОУ ВО Чувашский ГАУ от 16.06.2026 г., протокол № 13.
ции
ракт.
подг.
Электрическое поле: напряженность, потенциал, разность потенциалов. Связь между ними (градиент потенциала).
Электрический ток: условия существования, плотность тока, скорость направленного движения носителей.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Удельная проводимость и удельное сопротивление.
Магнитное поле: напряженность (H) и магнитная индукция (B). Магнитная проницаемость сред.
Закон полного тока (для магнитного поля) и его применение для расчета поля вокруг проводника и внутри соленоида.
Электромагнитная индукция: закон Фарадея, правило Ленца. ЭДС движения и ЭДС трансформации.
Самоиндукция и взаимная индукция. ЭДС самоиндукции. Индуктивность (L) и взаимная индуктивность (M).
Энергия электрического поля конденсатора и энергия магнитного поля катушки.
Ток смещения (понятие, физический смысл, отличие от тока проводимости).
Уравнения Максвелла в интегральной форме (краткая трактовка физического смысла каждого уравнения).
Раздел 2. Линейные электрические цепи постоянного тока
Элементы цепей постоянного тока: активные и пассивные. Идеальные источники ЭДС и тока, их характеристики.
Законы Кирхгофа (I и II). Правила составления уравнений. Независимые узлы и контуры.
Метод эквивалентных преобразований (свертывание схем). Смешанное соединение резисторов.
Преобразование «треугольник – звезда» сопротивлений. Формулы пересчета.
Метод контурных токов: алгоритм расчета, достоинства и недостатки.
Метод узловых потенциалов (метод двух узлов – частный случай).
Принцип наложения (суперпозиции) и метод расчета с его использованием.
Метод эквивалентного генератора (теорема Тевенена-Гельмгольца): порядок определения параметров эквивалентного источника.
Баланс мощностей в цепях постоянного тока. Режимы работы источника (холостой ход, короткое замыкание, согласованный режим).
Входные и взаимные проводимости ветвей. Свойство взаимности.
Раздел 3. Линейные электрические цепи синусоидального тока
Синусоидальный ток: мгновенное значение, амплитуда, действующее значение, частота, период, фаза и сдвиг фаз.
Способы представления синусоидальных величин: тригонометрическая форма, временная диаграмма, вращающийся вектор.
Комплексный метод (символический). Алгебраическая, показательная и тригонометрическая формы комплексного числа.
Идеальные элементы в цепи переменного тока: резистор (R), индуктивность (L), емкость (C). Соотношения ток-напряжение в комплексной форме.
Активное, реактивное (индуктивное, емкостное) и полное сопротивление. Треугольник сопротивлений.
Активная, реактивная и полная мощность. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности (cos φ).
Последовательное соединение RLC. Резонанс напряжений: условие, свойства, добротность.
Параллельное соединение RLC. Резонанс токов: условие, свойства.
Векторные диаграммы для последовательной и параллельной цепи (правила построения).
Повышение коэффициента мощности (cos φ) в электроустановках: цель, способ, расчет емкости компенсирующего
Раздел 4. Трехфазные цепи
Трехфазная система ЭДС: преимущества перед однофазной. Порядок чередования фаз.
Схема соединения «звезда». Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами (симметричный режим).
Схема соединения «треугольник». Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами (симметричный режим).
Трехфазная система с нулевым проводом. Назначение нейтрали. Обрыв нулевого провода в трех- и четырехпроводной сети.
Расчет несимметричной трехфазной нагрузки при соединении звездой (метод двух узлов, смещение нейтрали).
Расчет несимметричной трехфазной нагрузки при соединении треугольником.
Активная мощность в трехфазных цепях (выражение через фазные и линейные величины).
Схема включения ваттметров: метод двух ваттметров для измерения мощности в трехпроводной цепи.
Аварийные режимы в трехфазных цепях (обрыв фазы, короткое замыкание).
Сравнение схем «звезда» и «треугольник» для подключения однофазных и трехфазных приемников.
Раздел 5. Линейные электрические цепи несинусоидального тока
Причины возникновения несинусоидальных токов и напряжений (нелинейные нагрузки, выпрямители, инверторы).
Разложение периодической несинусоидальной функции в ряд Фурье. Постоянная составляющая и гармоники.
Расчет цепей несинусоидального тока методом наложения (суперпозиции гармоник).
Определение действующего значения несинусоидального тока и напряжения (через сумму квадратов гармоник).
Активная и полная мощность в цепях несинусоидального тока. Коэффициент искажения (THD).
Особенности резонанса в цепях несинусоидального тока (на разных гармониках).
Электрическое поле: напряженность, потенциал, разность потенциалов. Связь между ними (градиент потенциала).
Электрический ток: условия существования, плотность тока, скорость направленного движения носителей.
Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Удельная проводимость и удельное сопротивление.
Магнитное поле: напряженность (H) и магнитная индукция (B). Магнитная проницаемость сред.
Закон полного тока (для магнитного поля) и его применение для расчета поля вокруг проводника и внутри соленоида.
Электромагнитная индукция: закон Фарадея, правило Ленца. ЭДС движения и ЭДС трансформации.
Самоиндукция и взаимная индукция. ЭДС самоиндукции. Индуктивность (L) и взаимная индуктивность (M).
Энергия электрического поля конденсатора и энергия магнитного поля катушки.
Ток смещения (понятие, физический смысл, отличие от тока проводимости).
Уравнения Максвелла в интегральной форме (краткая трактовка физического смысла каждого уравнения).
Раздел 2. Линейные электрические цепи постоянного тока
Элементы цепей постоянного тока: активные и пассивные. Идеальные источники ЭДС и тока, их характеристики.
Законы Кирхгофа (I и II). Правила составления уравнений. Независимые узлы и контуры.
Метод эквивалентных преобразований (свертывание схем). Смешанное соединение резисторов.
Преобразование «треугольник – звезда» сопротивлений. Формулы пересчета.
Метод контурных токов: алгоритм расчета, достоинства и недостатки.
Метод узловых потенциалов (метод двух узлов – частный случай).
Принцип наложения (суперпозиции) и метод расчета с его использованием.
Метод эквивалентного генератора (теорема Тевенена-Гельмгольца): порядок определения параметров эквивалентного источника.
Баланс мощностей в цепях постоянного тока. Режимы работы источника (холостой ход, короткое замыкание, согласованный режим).
Входные и взаимные проводимости ветвей. Свойство взаимности.
Раздел 3. Линейные электрические цепи синусоидального тока
Синусоидальный ток: мгновенное значение, амплитуда, действующее значение, частота, период, фаза и сдвиг фаз.
Способы представления синусоидальных величин: тригонометрическая форма, временная диаграмма, вращающийся вектор.
Комплексный метод (символический). Алгебраическая, показательная и тригонометрическая формы комплексного числа.
Идеальные элементы в цепи переменного тока: резистор (R), индуктивность (L), емкость (C). Соотношения ток-напряжение в комплексной форме.
Активное, реактивное (индуктивное, емкостное) и полное сопротивление. Треугольник сопротивлений.
Активная, реактивная и полная мощность. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности (cos φ).
Последовательное соединение RLC. Резонанс напряжений: условие, свойства, добротность.
Параллельное соединение RLC. Резонанс токов: условие, свойства.
Векторные диаграммы для последовательной и параллельной цепи (правила построения).
Повышение коэффициента мощности (cos φ) в электроустановках: цель, способ, расчет емкости компенсирующего конденсатора.
Раздел 4. Трехфазные цепи
Трехфазная система ЭДС: преимущества перед однофазной. Порядок чередования фаз.
Схема соединения «звезда». Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами (симметричный режим).
Схема соединения «треугольник». Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами (симметричный режим).
Трехфазная система с нулевым проводом. Назначение нейтрали. Обрыв нулевого провода в трех- и четырехпроводной сети.
Расчет несимметричной трехфазной нагрузки при соединении треугольником.
Активная мощность в трехфазных цепях (выражение через фазные и линейные величины).
Схема включения ваттметров: метод двух ваттметров для измерения мощности в трехпроводной цепи.
Аварийные режимы в трехфазных цепях (обрыв фазы, короткое замыкание).
Сравнение схем «звезда» и «треугольник» для подключения однофазных и трехфазных приемников.
Раздел 5. Линейные электрические цепи несинусоидального тока
Причины возникновения несинусоидальных токов и напряжений (нелинейные нагрузки, выпрямители, инверторы).
Разложение периодической несинусоидальной функции в ряд Фурье. Постоянная составляющая и гармоники.
Расчет цепей несинусоидального тока методом наложения (суперпозиции гармоник).
Определение действующего значения несинусоидального тока и напряжения (через сумму квадратов гармоник).
Активная и полная мощность в цепях несинусоидального тока. Коэффициент искажения (THD).
Особенности резонанса в цепях несинусоидального тока (на разных гармониках).
Раздел 6. Переходные процессы в линейных электрических цепях
Понятие переходного процесса, законы коммутации (первый и второй законы коммутации).
Классический метод расчета переходных процессов: составление характеристического уравнения.
RC-цепь при подключении к источнику постоянного напряжения (заряд конденсатора).
RC-цепь при отключении от источника (разряд конденсатора). Постоянная времени τ.
RL-цепь при подключении и отключении от источника постоянного напряжения.
Переходные процессы в RLC-цепи (апериодический, критический, колебательный режимы).
Корни характеристического уравнения и вид свободной составляющей.
Операторный метод расчета: преобразование Лапласа, операторные схемы замещения элементов.
Правила составления операторных уравнений (законы Ома и Кирхгофа в операторной форме).
Переходная и импульсная характеристика цепи (понятие и применение).
Раздел 7. Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного тока
Классификация нелинейных элементов (по типу ВАХ: симметричные, несимметричные, с падающим участком).
Графические методы расчета нелинейных цепей постоянного тока (последовательное, параллельное и смешанное соединение).
Аналитические методы аппроксимации ВАХ (степенные полиномы, кусочно-линейная аппроксимация).
Метод эквивалентного генератора для нелинейных цепей (графическое решение).
Метод двух узлов для нелинейных цепей (графическое решение).
Особенности цепей переменного тока с нелинейными индуктивностями и емкостями (феррорезонанс).
Стабилитроны, варисторы, диоды: их ВАХ и применение в схемах.
Раздел 8. Магнитные цепи
Основные законы магнитных цепей: закон полного тока, закон Ома для магнитной цепи.
Аналогия между электрической и магнитной цепями (МДС ↔ ЭДС, магнитный поток ↔ ток, магнитное сопротивление ↔ сопротивление).
Расчет неразветвленной магнитной цепи с ферромагнитным сердечником (прямая и обратная задачи).
Кривая намагничивания ферромагнитных материалов и петля гистерезиса.
Потери энергии в ферромагнитных материалах (потери на гистерезис и на вихревые токи).
Последовательная и параллельная магнитные цепи с воздушным зазором.
Электромагниты: сила тяги, расчет обмоток.
Раздел 9. Основы теории четырехполюсников
Четырехполюсник: определение, классификация (активные/пассивные, симметричные/несимметричные).
Система уравнений четырехполюсника в А-параметрах (основные). Режимы холостого хода и короткого замыкания.
Определение А-параметров пассивного четырехполюсника через опыты ХХ и КЗ.
T-образная и П-образная схемы замещения пассивного четырехполюсника.
Характеристическое сопротивление и постоянная передачи четырехполюсника.
Согласованная нагрузка и затухание (меры передачи) в четырехполюснике.
Цепное соединение четырехполюсников (перемножение матриц).
Раздел 10. Цепи с распределенными параметрами
Условия, при которых цепь считается цепью с распределенными параметрами (длинные линии).
Первичные параметры линии: R0, L0, G0, C0 (на единицу длины).
Телеграфные уравнения для однородной линии (в установившемся синусоидальном режиме).
Волновое сопротивление линии и постоянная распространения (коэффициент затухания и фазы).
Решения телеграфных уравнений (падающие и отраженные волны напряжения и тока).
Определение входного сопротивления линии в режимах ХХ и КЗ.
Стоячие волны в линии без потерь, коэффициент стоячей волны (КСВ).
Режимы работы длинной линии: бегущих волн (согласованная нагрузка), стоячих волн (ХХ и КЗ), смешанный режим.
Линия без искажений (условие Хевисайда).
Практическое применение линий с распределенными параметрами (фидеры, антенны, высокочастотные тракты).
Раздел 11. Основы теории поля
Электрическое поле: силовая и эквипотенциальная линии. Условия на границе двух диэлектриков.
Электростатическое поле в диэлектрике: вектор поляризованности, диэлектрическая восприимчивость.
Теорема Гаусса для электрического поля в интегральной и дифференциальной формах.
Вычисление напряженности и потенциала поля точечных зарядов и системы зарядов.
Магнитное поле постоянных токов. Вектор магнитной индукции и напряженности.
Теорема Гаусса для магнитного поля (отсутствие магнитных зарядов).
Граничные условия для векторов электрического и магнитного поля на поверхностях раздела сред.
Поле вокруг прямолинейного проводника и кругового витка с током (расчет по закону Био-Савара-Лапласа).
Энергия электростатического и магнитного поля, объемная плотность энергии.
История открытия электромагнитной индукции: от Фарадея до современных генераторов (анализ эволюции понимания явления).
Джеймс Клерк Максвелл и его уравнения: как четыре формулы изменили мир (физический смысл каждого уравнения и его вклад в технику).
Спор между Эдисоном и Теслой: постоянный vs переменный ток – исторический контекст и почему победил переменный (но постоянный возвращается?).
Электричество как субстанция: эволюция взглядов на природу электрического тока (от флюида до квантовой теории).
Андре-Мари Ампер и силы взаимодействия токов: от физического эксперимента к теории электромеханического преобразования энергии.
БЛОК 2. Методология и анализ (Математика + Физика)
Комплексные числа в электротехнике: математический инструмент или физическая реальность? (Почему мнимая единица помогает считать реальные цепи).
Векторные диаграммы как язык инженера: искусство визуализации процессов в цепях переменного тока.
Резонанс – друг или враг энергетика? Анализ полезных (фильтры, радиотехника) и вредных (перенапряжения в сетях) проявлений.
Симметрия и асимметрия в трехфазных системах: почему природа и техника тяготеют к трем фазам?
Переходные процессы – проклятие или благо? Роль коммутационных перенапряжений в выходе из строя оборудования и методы борьбы.
БЛОК 3. Энергоэффективность и качество электроэнергии (Очень актуальные темы)
Проблема низкого коэффициента мощности (Cos φ) в промышленности: экономические потери и технические решения (компенсация).
Высшие гармоники в сетях 0,4 кВ: влияние частотных преобразователей и импульсных блоков питания на работу автоматики (как теория Фурье помогает в эксплуатации).
Реактивная мощность – зло или необходимость? Физическое обоснование существования реактивной энергии и методы ее компенсации.
Качество электрической энергии: отклонения напряжения, частоты и несинусоидальность – как ТОЭ помогает диагностировать неисправности.
Потери в линиях электропередач: теоретические основы (нагрев, корона, диэлектрические потери) и практические способы их снижения.
БЛОК 4. Связь ТОЭ с монтажом, автоматикой и электрооборудованием (Практико-ориентированные)
Электромагнитная совместимость (ЭМС): как теория полей и взаимной индуктивности влияет на правила прокладки кабелей (силовые и слаботочные линии).
Нагрев кабеля при несинусоидальных токах: почему ТОЭ нужно знать электромонтажнику при выборе сечения жил.
Переходные процессы при коммутации индуктивной нагрузки (катушек контакторов, соленоидов) и методы защиты систем автоматики (снабберы, диоды).
Заземление как задача теории поля: растекание тока в земле, сопротивление заземлителей и шаговое напряжение (от формул ТОЭ к ПУЭ).
Применение четырехполюсников для построения измерительных трансформаторов тока и напряжения – теория и реальная схема включения.
Линии с распределенными параметрами на практике: как импульсные помехи «гуляют» по длинным кабелям систем автоматики (отраженные волны).
Токи утечки и емкостные токи в кабельных линиях: как теория емкостей помогает в настройке УЗО (устройств защитного отключения).
БЛОК 5. Современные технологии и взгляд в будущее
Smart Grid (умные сети) и ТОЭ: какие фундаментальные законы лежат в основе управления распределенной энергетикой?
Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) возвращается: почему для сверхдальних линий электропередач снова используют постоянный ток (история и физика процесса).
Беспроводная передача энергии: от идей Теслы до зарядки гаджетов – физические основы и теоретические ограничения КПД.
Нелинейные цепи в современной электронике: полупроводники, диоды, транзисторы – как ТОЭ переросла в основы схемотехники.
Моделирование электрических цепей в среде MATLAB/Simulink: переход от классического расчета к цифровым двойникам.
Сверхпроводники в электроэнергетике: прорыв или фантастика? (Теоретические основы нулевого сопротивления и критического тока).
Искусственный интеллект в проектировании электрических сетей: может ли нейросеть решать задачи ТОЭ лучше инженера?
БЛОК 6. Темы для эссе (краткие, проблемные, на 3-5 страниц)
«Можно ли обойтись без комплексных чисел в расчетах цепей переменного тока?»
«Постоянный ток против переменного: круглый спор, у которого нет победителя».
«Трёхфазная система – это магия, математика или инженерный гений?»
«Один конденсатор спасет завод: эссе о компенсации реактивной мощности».
«Как я понял, что такое мнимая единица "j", когда увидел осциллограмму».
«Зачем автоматчику (специалисту по автоматике) знать про переходные процессы?»
«Векторная диаграмма – это диагноз болезни цепи».
в 20___ /20___ учебном году
в 20___ /20___ учебном году
в 20___ /20___ учебном году
в 20___ /20___ учебном году
в 20___ /20___ учебном году
в 20___ /20___ учебном году