Μαθήματα

Ηλεκτρικά Κυκλώματα

Γενικά

Περιεχόμενα μαθήματος

1. Βασικές έννοιες και αρχές Ηλεκτροτεχνίας, ηλεκτρικό πεδίο, μαγνητικό πεδίο, Συγκεντρωμένα και κατανεμημένα κυκλώματα, μήκος κύματος, ακτινοβολία, ταχύτητα διάδοσης πεδίου. Κλάδος, βρόχος, κόμβος, δυναμικό, τάση, ρεύμα, συζευγμένες φορές αναφοράς, ροή ισχύος, Ν. Kirchhoff.
2. Θεώρημα Tellegen, ομάδες διαχωρισμού. Στοιχεία δύο ακροδεκτών, γραμμικά και μη γραμμικά στοιχεία, πηγές τάσης, πηγές ρεύματος, εξαρτημένες και ανεξάρτητες πηγές. Αντιστάτης, πυκνωτής, πηνίο, ανοικτό κύκλωμα, βραχυκύκλωμα, διακόπτης.
3. Ενεργητικά, παθητικά και ενεργά στοιχεία. Μετασχηματιστής. Κυκλώματα δύο ακροδεκτών, θύρα, πόλοι, ισοδυναμία κυκλωμάτων, συνδεσμολογίες σε σειρά και παράλληλα R, L, C, συνδεσμολογίες πηγών. Απλό μοντέλο πραγματικής πηγής τάσης και ρεύματος, ισοδυναμία πηγών τάσης και ρεύματος, ισοδύναμα Norton και Thevenin, [θεώρημα Millman].
4. Εισαγωγή στη θεωρία σημάτων, είδη σημάτων, σύντομη αναφορά στην ανάλυση Fourier, μέση και ενεργός τιμή, βηματική συνάρτηση, μοναδιαία ώση, θεώρημα δειγματοληψίας.
5. Κυκλώματα στο πεδίο της συχνότητας, στρεφόμενα διανύσματα, πράξεις με στρεφόμενα διανύσματα, μετασχηματισμός των R, L, C στο πεδίο της συχνότητας, Συνάρτηση κυκλώματος, ισοδύναμα κυκλώματα, διαιρέτης τάσης και ρεύματος, κλιμακωτά κυκλώματα, συντονισμός RLC και GLC. Συντονισμός.
6. Μέθοδος απλών βρόχων στο πεδίο της συχνότητας. Πίνακας συνθέτων αντιστάσεων, επίλυση κυκλώματος με τη μέθοδο Cramer. Μέθοδος των κόμβων στο πεδίο της συχνότητας. Πίνακας συνθέτων αγωγιμοτήτων, επίλυση κυκλώματος με τη μέθοδο Cramer. Παραδείγματα. Σύνθετη αγωγιμότητα εισόδου και μεταφοράς. Σύνθετη αντίσταση εισόδου και μεταφοράς.
7. Σύνθετη αντίσταση και αγωγιμότητα εξόδου, συναρτήσεις μεταφοράς τάσης και ρεύματος. Σύνδεση κυκλωμάτων σε καταρράκτη (cascade).
8. Ισχύς στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Ενεργός, άεργος, μιγαδική και φαινομένη ισχύς. Μονάδες μέτρησης. Η ισχύς ως παλλόμενο ηλεκτρικό μέγεθος. Συχνότητα της ηλεκτρικής ισχύος. Τρίγωνο ισχύος. Αντιστάθμιση αέργου ισχύος. Η αντιστάθμιση ως ειδική περίπτωση του συντονισμού. Παράλληλη αντιστάθμιση vs. αντιστάθμιση σειράς. Γιατί, πώς και πότε.
9. Θεώρημα μεταφοράς μέγιστης ισχύος. Η περίπτωση του δεδομένου καταναλωτή σε αντιδιαστολή με τον δεδομένο ενισχυτή. Προσαρμογή (matching). Γιατί στις γραμμές μεταφοράς ισχύος δεν γίνεται προσαρμογή.
10. Τριφασικά κυκλώματα. Πολική τάση, φασική τάση, ρεύματα γραμμής, φασικά ρεύματα. Συνδεσμολογίες Υ-Υ, Υ-Δ, Δ-Υ, Δ-Δ. Σχέση μεταξύ πολικών και φασικών μεγεθών. Ρεύμα ουδετέρου σε συμμετρικό τριφασικό σύστημα. Γειωμένος και αγείωτος ουδέτερος. Διακοπή ουδετέρου. Διακοπή μιας φάσης. Διακοπή δύο φάσεων.
11. Ισχύς στα τριφασικά συστήματα. Μέτρηση ισχύος με τη συνδεσμολογία Aron.
12. Μεταβατικά φαινόμενα στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Μοντέλο της αντίστασης, του πυκνωτή και του πηνίου στο πεδίο του χρόνου. Διαφορικές εξισώσεις. Μη οδηγούμενα κυκλώματα πρώτης τάξης. Φυσική απόκριση. Ευστάθεια. Σταθερά χρόνου. Χρόνος αποκατάστασης. Γραμμικότητα. Παραδείγματα.
13. Οδηγούμενα κυκλώματα πρώτης τάξης από dc ή ac πηγή. Zero Input Response. Zero State Response. Ευστάθεια. Μέθοδος αρχικής και τελικής κατάστασης. Κρουστική απόκριση, βηματική απόκριση.

Μαθησιακοί Στόχοι

Με την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει: •Να μπορεί να κατατάξει ένα κύκλωμα σε συγκεντρωμένο ή κατανεμημένο. • Να κατέχει θεμελιώδεις  έννοιες της θεωρίας σημάτων. •Να μπορεί να αναγνωρίζει και να κατέχει τις ιδιότητες των βασικών στοιχείων δύο ακροδεκτών στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο της συχνότητας. •Να κατανοεί τη λειτουργία απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων και τις βασικές έννοιες που τα διέπουν, όπως το φορτίο, το δυναμικό, το ρεύμα, η τάση, η αντίσταση και η αγωγιμότητα. •Να αντιλαμβάνεται πότε ένα κύκλωμα είναι συντονισμένο. •Να μπορεί να επιλύει κυκλώματα με τη μέθοδο των βρόχων και με τη μέθοδο των κόμβων στο πεδίο της συχνότητας με τη μέθοδο Cramer. •Να αντιλαμβάνεται τις έννοιες της σύνθετης αντίστασης και αγωγιμότητας εισόδου, εξόδου και μεταφοράς. •Να γνωρίζει τις ιδιότητες της ηλεκτρικής ισχύος στο εναλλασσόμενο ρεύμα. •Να κατέχει το θεώρημα μεταφοράς μέγιστης ισχύος. • Να μπορεί να υπολογίσει μια απλή περίπτωση αντιστάθμισης αέργου ισχύος. •Να κατανοεί τις θεμελιώδεις αρχές συμμετρικών τριφασικών κυκλωμάτων. •Να μπορεί να επιλύσει στο πεδίο του χρόνου απλά κυκλώματα πρώτης τάξης κατά τη μετάβαση τους.

Γενικές Ικανότητες

Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών. Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον, λήψη αποφάσεων, άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής, προαγωγή ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Θεωρητική από έδρας διδασκαλία με συζήτηση και ενεργή συμμετοχή των φοιτητών. Οι διαλέξεις του μαθήματος υποστηρίζονται από διαφάνειες παρουσίασης του συνόλου της εκπαιδευτικής ύλης, ενώ ο λευκός πίνακας χρησιμοποιείται: α) για την εμβάθυνση επιλεγμένων θεματικών ενοτήτων, β) για την προαγωγή της ενεργούς συμμετοχής των φοιτητών στη βήμα-προς-βήμα επίλυση προβλημάτων. Επίσης, χρησιμοποιείται πλατφόρμα ασύγχρονης τηλε-εκπαίδευσης για την ανάρτηση του εκπαιδευτικού υλικού και την επικοινωνία με φοιτητές.

Αξιολόγηση Φοιτητών

Οι φοιτητές θα αξιολογηθούν με Γραπτή τελική εξέταση που θα περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων και ερωτήσεις σύντομης απάντησης με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση. Για την απονομή των πιστωτικών μονάδων πρέπει ο βαθμός του μαθήματος να είναι τουλάχιστον πέντε (5). Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Μάργαρης Νίκος Ι., Ανάλυση ηλεκτρικών κυκλωμάτων,. ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 2010.
Nilsson Riedel, ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ, 9η Έκδοση, Εκδόσεις ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ ΧΡΥΣΟΣΤΟΜΟΥ ΦΟΥΝΤΑ, 2015.
Alexander C., Sadiku M., Ηλεκτρικά Κυκλώματα, 4η Έκδοση, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 2012.