Теоретические основы электротехники

Description

Учебник предназначен для студентов и специалистов электротехнических и радиотехнических специальностей. В первом томе учебника обобщены основные сведения об электромагнитных явлениях и сформулированы основные понятия и законы теории электрических и магнитных цепей. Далее изложены свойства линейных электрических цепей; приведены методы расчета установившихся процессов в электрических цепях. Подробно рассмотрены резонансные явления, анализ трехфазных цепей, расчеты электрических цепей при периодических несинусоидальных напряжениях и токах. Рассмотрены методы анализа переходных процессов в электрических цепях. При рассмотрении переходных процессов большое внимание уделено численным расчетам, поэтому изложен метод синтетических схем и системный метод Ю. В. Ракитского. Первый том учебника завершается анализом общих свойств четырехполюсников методами синтеза и диагностики электрических цепей. Содержание разделов учебника полностью соответствует программе Министерства образования и науки РФ курсов «Теоретические основы электротехники» и «Основы теории цепей». Предисловие Введение ЧАСТЬ I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ Глава 1. Обобщение понятий и законов электромагнитного поля 1.1. Общая физическая основа задач теории электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей 1.2. Заряженные элементарные частицы и электромагнитное поле как особые виды материи 1.3. Связь между электрическими и магнитными явлениями. Электрическое и магнитное поля как две стороны единого электромагнитн 1.4. Связь заряда частиц и тел с их электрическим полем. Теорема Гаусса 1.5. Поляризация веществ. Электрическое смещение. Постулат Максвелла 1.6. Электрические токи проводимости переноса и смещения 1.7. Принцип непрерывности электрического тока. 1.8. Электрическое напряжение. Разность электрических потенциалов. Электродвижущая сила 1.9. Магнитный поток. Принцип непрерывности магнитного потока. 1.10. Закон электромагнитной индукции 1.11. Потокосцепление. ЭДС самоиндукции и взаимной индукции. Принцип электромагнитной инерции 1.12. Потенциальное и вихревое электрические поля 1.13. Связь магнитного поля с электрическим током 1.14. Намагниченность вещества и напряженность магнитного поля 1.15. Закон полного тока 1.16. Основные уравнения электромагнитного поля Глава 2. Энергия и механические проявления электрического и магнитного полей. 2.1. Энергия системы заряженных тел. Распределение энергии в электрическом поле 2.2. Энергия системы контуров с электрическими токами. Распределение энергии в магнитном поле 2.3. Силы действующие на заряженные тела 2.4. Электромагнитная сила Глава 3. Основные понятия и законы теории электрических цепей. 3.1. Электрические и магнитные цепи. 3.2. Элементы электрических цепей. Активные и пассивные части электрических цепей 3.3. Физические явления в электрических цепях. Цепи с распределенными параметрами 3.4. Научные абстракции принимаемые в теории электрических цепей их практическое значение и границы применимости. Цепи с соср 3.5. Параметры электрических цепей. Линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи 3.6. Связи между напряжением и током в основных элементах электрической цепи. 3.7. Условные положительные направления тока и ЭДС в элементах цепи и напряжения на их зажимах 3.8. Источники ЭДС и источники тока 3.9. Схемы электрических цепей 3.10. Топологические понятия схемы электрической цепи. Граф схемы 3.11. Матрица узловых соединений 3.12. Законы электрических цепей 3.13. Узловые уравнения для токов в цепи 3.14. Контурные уравнения цепи. Матрица контуров 3.15. Уравнения для токов в сечениях цепи. Матрица сечений 3.16. Связи между матрицами соединений контуров и сечений. 3.17. Полная система уравнений электрических цепей. Дифференциальные уравнения процессов в цепях с сосредоточенными параметра 3.18. Анализ и синтез — две основные задачи теории электрических цепей ЧАСТЬ II. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Глава 4. Основные свойства и эквивалентные параметры электрических цепей при синусоидальных токах 4.1. Синусоидальные ЭДС напряжения и токи. Источники синусоидальных ЭДС и токов 4.2. Действующие и средние значения периодических ЭДС напряжений и токов. 4.3. Изображение синусоидальных ЭДС напряжений и токов с помощью вращающихся векторов. Векторные диаграммы 4.4. Установившийся синусоидальный ток в цепи с последовательным соединением участков r L и C 4.5. Установившийся синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением участков g L и C. 4.6. Активная реактивная и полная мощности 4.7. Мгновенная мощность и колебания энергии в цепи синусоидального тока. 4.8. Эквивалентные параметры сложной цепи переменного тока рассматриваемой в целом как двухполюсник 4.9. Схемы замещения двухполюсника при заданной частоте 4.10. Влияние различных факторов на эквивалентные параметры цепи. Глава 5. Методы расчета электрических цепей при установившихся синусоидальном и постоянном токах 5.1. Комплексный метод 5.2. Комплексные сопротивление и проводимость 5.3. Выражения законов Ома и Кирхгофа в комплексной форме 5.4. Расчет мощности по комплексным напряжению и току 5.5. Расчет при последовательном соединении участков цепи 5.6. Расчет при параллельном соединении участков цепи 5.7. Расчет при смешанном соединении участков цепи 5.8. О расчете сложных электрических цепей 5.9. Расчет цепи основанный на преобразовании соединения треугольником в эквивалентное соединение звездой. 5.10. Преобразование источников ЭДС и тока 5.11. Метод контурных токов 5.12. Метод узловых напряжений 5.13. Метод сечений 5.14. Метод смешанных величин 5.15. Принцип наложения и основанный на нем метод расчета цепи 5.16. Принцип взаимности и основанный на нем метод расчета цепи. 5.17. Метод эквивалентного генератора 5.18. Расчет цепей при наличии взаимной индукции 5.19. Трансформаторы с линейными характеристиками. Идеальный трансформатор 5.20. Цепи связанные через электрическое поле 5.21. Баланс мощностей в сложной цепи. 5.22. Расчет сложных цепей при постоянном токе 5.23. Проблемы расчета установившихся режимов сложных электрических цепей 5.24. Топологические методы расчета цепей. Глава 6. Резонансные явления и частотные характеристики 6.1. Понятие о резонансе и о частотных характеристиках в электрических цепях. 6.2. Резонанс в случае последовательного соединения участков r L C 6.3. Частотные характеристики цепи с последовательным соединением участков r L C 6.4. Резонанс при параллельном соединении участков g L C 6.5. Частотные характеристики цепи с параллельным соединением участков g L C. 6.6. Частотные характеристики цепей содержащих только реактивные элементы 6.7. Частотные характеристики цепей в общем случае. 6.8. Резонанс в индуктивно-связанных контурах 6.9. Практическое значение явления резонанса в электрических цепях Глава 7. Расчет трехфазных цепей 7.1. Многофазные цепи и системы и их классификация 7.2. Расчет трехфазной цепи в общем случае несимметрии ЭДС и несимметрии цепи 7.3. Получение вращающегося магнитного поля 7.4. Разложение несимметричных трехфазных систем на симметричные составляющие 7.5. О применении метода симметричных составляющих к расчету трехфазных цепей Глава 8. Расчет электрических цепей при несинусоидальных периодических ЭДС напряжениях и токах 8.1. Метод расчета мгновенных установившихся напряжений и токов в линейных электрических цепях при действии периодических нес 8.2. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при несинусоидальном напряжении 8.3. Действующие периодические несинусоидальные токи напряжения и ЭДС 8.4. Активная мощность при периодических несинусоидальных токах и напряжениях 8.5. Особенности поведения высших гармоник в трехфазных цепях. 8.6. О составе высших гармоник при наличии симметрии форм кривых тока или напряжения 8.7. Представление ряда Фурье в комплексной форме. 8.8. Биения колебаний 8.9. Модулированные колебания. Глава 9. Расчет переходных процессов в электрических цепях с сосредоточенными параметрами классическим методом 9.1. О переходных процессах в линейных электрических цепях 9.2. Общий путь расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. 9.3. Метод переменных состояния. 9.4. Определение постоянных интегрирования из начальных условий 9.5. Переходные процессы в цепи с последовательно соединенными участками r и L.. 9.6. Переходные процессы в цепи с последовательно соединенными участками r и C 9.7. Переходные процессы в цепи с последовательно соединенными участками r L и С 9.8. Разряд конденсатора на цепь r L 9.9. Включение цепи r L С под постоянное напряжение. 9.10. Включение цепи r L С под синусоидальное напряжение 9.11. Переходные процессы при мгновенном изменении параметров участков цепи 9.12. Расчет переходных процессов в сложной цепи 9.13. Расчет переходных процессов методом переменных состояния 9.14. Численное интегрирование уравнений состояния 9.15. Устойчивость методов численного интегрирования. 9.16. Жесткость систем дифференциальных уравнений электрических цепей 9.17. Системные методы численного решения уравнений состояния электрических цепей 9.18. Расчет переходных процессов в электрических цепях методом синтетических схем Глава 10. Расчет переходных процессов в цепях с сосредоточенными параметрами операторным методом 10.1. Операторное изображение функций их производных и интегралов 10.2. Примеры изображений функций 10.3. Законы Кирхгофа и Ома в операторной форме 10.4. Расчет переходных процессов в электрических цепях операторным методом 10.5. Переход от изображений к оригиналу. Теорема разложения 10.6. Свойства корней характеристического уравнения Глава 11. Спектральное представление непериодических функций — интегральное преобразование Фурье. Расчет переходных процессов 11.1. Представление непериодических функций времени с помощью интеграла Фурье 11.2. Частотные характеристики 11.3. Получение частотных характеристик заданной функции времени 11.4. Расчет переходных процессов при помощи частотных характеристик 11.5. Связь преобразования Фурье с преобразованием Лапласа. Понятие о комплексной частоте. Глава 12. Расчет электрических цепей при воздействии импульсных ЭДС и ЭДС произвольной формы. 12.1. Понятие об импульсных ЭДС токах и импульсных системах 12.2. Переходные и импульсные характеристики электрической цепи и расчет цепи при воздействии импульсных ЭДС и токов 12.3. Расчет цепи при воздействии ЭДС произвольной формы — интеграл Дюамеля 12.4. Расчет установившихся режимов при помощи интеграла Дюамеля и правого преобразования Лапласа 12.5. Расчет переходных процессов в сложных цепях при помощи правого преобразования Лапласа 12.6. Расчет электрических цепей при воздействии импульсных ЭДС методом правого преобразования Лапласа 12.7. Расчет цепи при действии последовательности импульсов путем решения разностных уравнений цепи. 12.8. Метод z-преобразования 12.9. Расчет переходных процессов в электрических цепях методом z-преобразования 12.10. О случайных процессах в электрических цепях Глава 13. Анализ общих свойств четырехполюсников. 13.1. Различные виды уравнений четырехполюсника 13.2. Эквивалентные схемы четырехполюсника. 13.3. Экспериментальное определение параметров четырехполюсника 13.4. Соединения четырехполюсников и матричная запись уравнений четырехполюсника. 13.5. Передаточные функции четырехполюсников. 13.6. Дифференцирующие и интегрирующие цепи 13.7. Обратные связи 13.8. Активный четырехполюсник 13.9. Чувствительность характеристик электрических цепей к изменению параметров элементов. Глава 14. Цепные схемы. Электрические фильтры. Структурные схемы 14.1. Характеристические параметры четырехполюсника 14.2. Передаточные функции согласованных цепных схем. 14.3. Электрические фильтры 14.4. Электрические фильтры нижних частот типа k 14.5. Электрические фильтры нижних частот типа m. 14.6. Метод преобразования частоты. Электрические фильтры верхних частот. Полосовые электрические фильтры 14.7. Структурные схемы. 14.8. К вопросу об устойчивости в электрических цепях Глава 15. Синтез электрических цепей 15.1. Задача синтеза электрических цепей 15.2. Свойства входных функций пассивных электрических цепей. 15.3. Представление входных функций в виде простых дробей 15.4. Реализация входных функций двухполюсника 15.5. Реализация входных функций двухполюсника имеющих только мнимые корни знаменателя при помощи представления этих функций 15.6. Синтез входной функции двухполюсника в общем случае. Проверка отсутствия нулей и полюсов в правой полуплоскости 15.7. Синтез входной функции двухполюсника в общем случае. Проверка условия положительности функции Re [F(p)] ? 0 при Re (p) 15.8. Синтез входной функции двухполюсника в общем случае. Реализация заданных функций имеющих вещественные мнимые и комплекс 15.9. О синтезе передаточных функций четырехполюсника. Глава 16. Диагностика электрических цепей 16.1. Задачи и методы диагностики электрических цепей 16.2. Диагностика пассивных цепей методом узловых сопротивлений 16.3. Диагностика пассивных цепей обобщенным методом узловых сопротивлений 16.4. Использование метода узловых сопротивлений для диагностики активных электрических цепей 16.5. Диагностика электрических цепей в условиях неполноты и противоречивости исходных данных 16.6. Диагностики электрических цепей обладающих жесткими математическими моделями. Алфавитный указатель.