Электротехника

Рассмотрены общие вопросы проектирования импульсных усилителей на транзисторах: перечень требований к оформлению проекта, содержанию его отдельных частей, последовательности выполнения, выбор активных элементов и их режимов работы, определение параметров транзисторов, расчет необходимого количество каскадов.

В пособии рассматривается метод симметричных составляющих, применяемый при расчете несимметричных режимов трехфазных сетей как со статической, так и с динамической нагрузкой. Метод основан на разложении несимметричной системы на три симметричные: прямую, обратную и нулевую на примере коротких замыканий, обрыва в линии. Приводятся теоретические сведения и большое количество примеров решения типовых задач. Предлагаются задачи для самостоятельного решения.

В учебном пособии описаны различные по назначению объекты электроэнергетики и их технологические взаимосвязи в энергосистеме. Рассмотрен генезис развития технико-технологического базиса электроэнергетики России и выполнен анализ современного состояния объектов. Основной акцент в пособии сделан на проблемах технического состояния электротехнического оборудования и технологических процессов производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Приведены собственные нужды тепловой электрической станции, которые необходимы при расчете тепловой схемы и выборе основного и вспомогательного оборудования к выпускной квалификационной работе для бакалавров ФЭН всех форм обучения направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника».

Пособие содержит теоретический материал, необходимый для решения задач по расчёту трёхфазных коротких замыканий в электрических системах. Приведены примеры решения типовых задач. Даётся набор задач, достаточный для освоения базового уровня подготовки по курсу «Переходные электромагнитные процессы в электрических системах».

Пособие содержит теоретический материал, необходимый для решения задач по расчету несимметричных коротких замыканий и особых видов переходных процессов в электрических системах. Приведены примеры решения типовых задач. Дается набор задач, достаточный для освоения базового уровня подготовки по курсу «Переходные электромагнитные процессы в электрических системах».

В настоящем учебном пособии рассматриваются трехфазные математические модели трех- и четырехпроводных линий электропередачи, распределительных трансформаторов электрических сетей, а также электрических нагрузок. Рассматриваемые модели позволяют расчетным путем выявить степень влияния несимметрии параметров электрической сети и ее режимов на технико-экономические показатели работы распределительных электрических сетей и оценить эффективность мероприятий по устранению несимметрии.

В работе рассматриваются вопросы оптимизации режимов работы отдельных каскадов радиопередающих устройств, в состав которых входят различные виды активных элементов. Приведены основы теории режимов работы активных элементов, в том числе анализ режима работы с помощью графоаналитического метода. Рассматриваются принципы работы автогенераторов, умножителей частоты и генераторов сверхвысокого частотного диапазона. Приводятся основные особенности работы передатчиков с амплитудной и угловой модуляцией, а также главные особенности сигналов и их спектров при данных типах модуляции.

В монографии рассмотрен ситуационный подход к управлению нормальными режимами работы гидроэлектростанций. Отличительными особенностями такого процесса управления являются многокритериальность, адаптивность, необходимость принятия решений в условиях неопределенности. В качестве методологии построения систем ситуационного управления предложена теория возможностей – математический инструмент, позволяющий интерпретировать неточную, расплывчатую информацию об объекте. Процесс принятия решений рассматривается как крайне важный и ответственный этап управления, нуждающийся в дополнительной информационной поддержке. Для решения этой задачи, а также задачи многокритериальной оптимизации состава работающих агрегатов были сформулированы основные принципы подсистем СППР и РУСА. Предложенные в работе математические модели и алгоритмы ориентированы на ГЭС разного уровня мощности и служат идеологической основой для реализации современных человеко-машинных систем управления.

В пособии рассмотрены примеры расчета электрических цепей (как линейных, так и нелинейных) с помощью энергетического подхода методами классического вариационного исчисления, а также приведены примеры решения задач нелинейной электротехники методами численного интегрирования дифференциальных уравнений Дуффинга, описывающих исходные электрические схемы с нелинейными реактивными элементами. Кроме того, рассмотрены нелинейные задачи, которые решаются с помощью кубических сплайнов. Во всех примерах использованы конкретные значения элементов, из которых составлены электрические схемы.

Работа посвящена системам диагностического мониторинга и управления техническим состоянием силового трансформаторного оборудования ответственных энергетических объектов (электростанций и электрических сетей). Особое внимание уделяется методам и моделям предиктивной аналитики, позволяющим обеспечивать надежное функционирование трансформаторов, как критически важного актива ЭЭС, на основе достоверного распознавания и своевременного устранения опасных развивающихся дефектов. Предложены оригинальные решения и программное обеспечение, согласующие функциональные возможности современных технических средств мониторинга с повышенными требованиями к достоверности диагностической оценки состояния оборудования.

Рассмотрен комплекс вопросов, связанных с экономией электрической энергии во всех элементах технологической цепочки городского электрического транспорта: от источника питания до подвижного состава.

Проблема, решению которой посвящено данное пособие, значима сразу для нескольких областей науки. Во-первых, такой сегмент рынка, как автомобильная промышленность, с каждым годом становится все более технологичным, а также все большую долю рынка занимает именно электрический транспорт. Во-вторых, развитие электрического транспорта имеет неоспоримое преимущество с точки зрения минимизации вредных выбросов в местах непосредственной эксплуатации таких транспортных комплексов. Цель работы ‒ разработка принципов и подходов к построению конструкции тяговой системы автономного безрельсового транспортного средства, позволяющих достичь высоких показателей энергоэффективности, а также методики синтеза системы управления автономным безрельсовым транспортным средством, обеспечивающей оптимизацию энергоэффективности применения системы бортового питания за счет рационального распределения потоков энергии в тяговой системе транспортного средства.

В работе рассмотрены современные и перспективные методы построения СВЧ- аттенюаторов и нагрузок высокого уровня мощности, выполненных на планарных пленочных резисторах. Изложены основы теории построения мощных многокаскадных и многоканальных СВЧ-аттенюаторов. Показано, что при равномерном распределении рассеиваемой мощности по всем каскадам аттенюатора обеспечивается существенное расширение полосы рабочих частот. Большое внимание уделено СВЧ-аттенюаторам, реализованным в виде фильтров нижних частот с диссипативными потерями и неотражающих фильтров с балластными резисторами. Представленные методики расчета широкополосных СВЧ-аттенюаторов базируются на использовании компьютерных САПР, поддерживающих проведение численного электромагнитного моделирования. Приведены примеры конструктивного выполнения широкополосных СВЧ-аттенюаторов на уровень мощности от 100 до 2000 Вт. Полученные результаты полезны и применимы при разработке измерительного оборудования для радиопередающей аппаратуры, используемой в системах цифрового телевещания, связи, радиоканалах телекоммуникационных систем и радиолокации.

Рассматриваются вопросы расчета и конструирования печатных двухдиапазонных директорных антенн с возбудителями дипольного вида, питаемыми на их удаленных клеммах. В ходе исследований получены новые расчетные соотношения для определения входных импедансов антенн данного семейства, позволяющие связать размеры печатных фрагментов и расстояния между ними с требуемым входным коэффициентом стоячей волны напряжения (КСВН). Анализ результатов проектирования и экспериментальных исследований показал, что предлагаемые двухдиапазонные директорные антенны характеризуются достаточным для практического применения качеством согласования в каждом из двух несмежных поддиапазонов частот при хорошей форме обеих пространственных диаграмм направленности.

Учебное пособие предназначено для изучения основ схемотехники студентами III курса РЭФ и АВТФ дневного отделения направлений подготовки: «Электроника и наноэлектроника», «Информатика и вычислительная техника», «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и др. Пособие может быть использовано для изучения материала студентами других направлений и профилей подготовки, изучающих дисциплину «Схемотехника».

Пособие содержит описания технологии и конструкции базового матричного кристалла серии 5503 и 5507. Эта БИС предназначена для создания широкого спектра радиоэлектронных устройств – от средств связи до автомобильной, авиационной и бытовой техники. Пособие содержит также описание пяти практических заданий, в ходе которых студенты знакомятся с маршрутом проектирования БИС; два задания на базе САПР «Ковчег 3.042» и три задания на базе САПР «ПАРОМ».

В учебно-методическом пособии представлены задачи по практико- ориентированной подготовке, включающей практические задания, лабораторные работы и расчетно-графическое задание, а также краткие теоретические сведения. В пособии изложены материалы, изучение которых поможет освоить основные положения теории надежности с целью обеспечения надежности электроэнергетических систем на различных стадиях управления: проектировании и эксплуатации.

Настоящее учебное пособие содержит материал по теории динамических систем и методам их качественного исследования. Приведены основы бифуркационного анализа динамических систем. Цель пособия – показать эффективность методов и приемов качественного исследования динамических систем, что несомненно способствует расширению набора используемых методов и подходов магистрантов в их исследованиях и разработках устройств электроники и наноэлектроники.

Пособие составлено на базе 40-летнего личного опыта работы автора на отечественных и зарубежных предприятиях микроэлектронной отрасли. Рассмотрена совокупность вопросов организации и использования в серийном производстве субмикронных интегральных микросхем (ИМС) методов непосредственного производственного (in-line) контроля тонкопленочных материалов – основы современных ИМС. Приведены примеры приборов контроля и возможностей их применения для характеризации процессов получения и свойств тонких пленок. Рассмотрены решения технологических задач с помощью in-line методов на примере важнейшего узла ИМС – диэлектрической планаризируемой изоляции между транзисторным уровнем (FEOL) и первым уровнем металлизации (BEOL) микросхем. Проанализирован подход к квалификации технологических процессов/оборудования для создания тонких пленок в производстве, изложены примеры проведения исследований технологической направленности. Показаны необходимость и возможности использования вместе с in-line методами также методов контроля at-line (в лабораториях вне производства) и off-line (в специализированных аналитических организациях). В пособии использованы и пояснены многочисленные англоязычные термины, принятые в технологиях и производстве интегральных микросхем.

Рассматриваются основные понятия, приемы анализа электрических цепей в различных режимах работы, в том числе и в переходных процессах с использованием возможностей программы MathСad и компьютерного моделирования. Курс теоретических основ электротехники предполагает, что при анализе электрических цепей важное значение имеет получение точного результата. Как правило, последнее обстоятельство приводит к необходимости проведения большого объема вычислительной работы. Если расчет проводится один раз и цепь относительно простая, оправдано применение логарифмической линейки, калькулятора, программы Excel и других несложных вычислительных систем. Если цепь содержит только линейные элементы, но расчет необходимо сделать много раз при изменяющихся по величине параметрах, то требуется использование мощных вычислительных систем и эффективных методов описания режима работы анализируемых цепей. Это особенно актуально при анализе переходных процессов при наличии в схеме нелинейных элементов. Матричный метод описания схемы электрической цепи и применение программы MathСad во многом отвечает всем требованиям по эффективному анализу сложных электрических схем.

В учебном пособии рассмотрены математические модели и вопросы имитационного моделирования импульсных преобразователей электрической энергии. Учебное пособие может быть использовано при изучении дисциплин «Моделирование систем управления устройств силовой электроники» и «Специальные главы теории автоматического управления».

В работе рассмотрены линейные пассивные элементы и узлы микроволновой техники. Приведены также общие указания к выполнению расчетно-графического задания.

Дана разносторонняя характеристика широко распространенного в промышленности и быту электротехнологического оборудования – установок резистивного нагрева. Классификация по принципу действия, уровню рабочей температуры, режиму работы и конструктивным признакам, технологическое назначение, тесно связанное с конструкцией, – вот далеко неполный перечень вопросов, отраженных в учебном пособии. Широко представлены конструкции и номенклатура реально действующего оборудования.

Предлагаемое учебное пособие содержит методологическую основу конструирования электромеханических преобразователей энергии. Особое внимание уделяется наиболее нагруженному в механическом отношении элементу – валу электрической машины. В пособии описан ряд современных подходов к расчету жесткости, прочности и критической частоты вращения валов, позволяющих студенту обосновать принимаемые конструктивно-технические решения, кроме того, содержатся примеры расчета валов электрических машин различных конструктивных схем.

Пособие посвящено вопросам компьютерного моделирования различных сенсоров и микросистем, из числа разработанных и применяющихся в настоящее время, при помощи системы инженерного моделирования ANSYS. При этом основной акцент в пособии поставлен на описании различных методик и особенностей их реализации в рамках системы ANSYS, которые могут применяться для целей практического моделирования кремниевых механических сенсоров и микросистем. Пособие представлено как вводный курс лабораторных работ по дисциплинам «Физические основы микро- и наносистемной техники» и «Микродатчики». Первый раздел – это по сути обзор возможностей системы ANSYS при помощи приложения ANSYS Help Viewer. Второй раздел посвящен технологии пошагового создания геометрии простейших объектов. В приложении дается краткое описание метода конечных элементов, с точки зрения его применения к решению задачи моделирования и проектирования сенсоров и микросистем.

В учебном пособии приведены теоретические сведения о механических, электрических, магнитных и тепловых свойствах материалов. Рассмотрены конструкционные, проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические, магнитные, огнеупорные и теплоизоляционные материалы как компоненты электротехнического и электротехнологического оборудования.

В пособии рассмотрены вопросы теории электрических машин, изложены основы математического моделирования переходных процессов и приведены примеры решения практических задач.

В учебном пособии кратко излагается теоретический материал, необходимый для получения представления о назначении, устройстве и работе основных типов гидромашин, применяемых в различных отраслях техники. Основное внимание уделено объёмным машинам и объёмным приводам, несколько меньшее – динамическим.

В учебно-методическом пособии рассмотрены принципы проектирования автономной ветродизельной станции для электроснабжения населенных пунктов.

Пособие посвящено рассмотрению проблем применения высоковольтного электропривода, широко применяемого в промышленности. Выделены такие направления, как электроприводы нефтеперекачивающих и компрессорных станций при транспортировке углеводородов и газа; электроприводы мощных вентиляционных агрегатов и дымососов в различных отраслях народного хозяйства; электроприводы насосных установок; тяговые электроприводы в железнодорожном транспорте; электроприводы шахтных подъемных машин; электроприводы прокатных станов и др. Среди высоковольтных электроприводов большой (более 100 кВт) и средней (менее 100 кВт) мощности наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, асинхронные электродвигатели с фазным ротором и синхронные электродвигатели. Задачей пособия является разработка математического аппарата, подхода и методики к разработке систем управления высоковольтными электроприводами. Цель пособия – дать необходимые знания для разработки принципов и подходов к выбору топологии силовой схемы высоковольтного электропривода, а также к построению алгоритмов управления электроприводом.

В учебно-методическом пособии проанализированы особенности решения конструкций зданий и сооружений объектов использования атомной энергии, приводятся описание и примеры конструктивных решений защитных стен и перекрытий в несъемных опалубках, рассмотрены факторы, которые следует учитывать при разработке объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений АЭС при использовании несъемных опалубок.

В учебно-методическом пособии изложены современные научно-технические и научно-организационные требования к объектам атомной энергетики для всех стадий жизненного цикла на примере блоков АЭС. Основное внимание уделено зданиям, сооружениям, строительным материалам и защитным конструкциям в зданиях и сооружениях АЭС.

Учебное пособие посвящено вопросам проектирования микрополосковых отражательных антенных решеток, использующих технологию изготовления объемных интегральных микросхем (ОИС) СВЧ. Большинство вопросов, подробно рассмотренных в данном пособии, ранее в учебной литературе не рассматривались и освещались лишь в периодических изданиях и трудах научных конференций, которые были практически недоступны студентам. Целесообразность издания настоящего пособия, имеющего междисциплинарный характер, обусловлена необходимостью обеспечения учебного процесса по образовательным программам бакалавриата и специалитета по дисциплинам «Электроника» и «Специальные радиоэлектронные устройства».

В учебном пособии представлены материалы лекций и лабораторный практикум по дисциплине «Методы математического и компьютерного моделирования элементов и устройств инфокоммуникационных систем». Учебное пособие подготовлено в рамках проекта «Разработка нового учебного курса "Методы математического и компьютерного моделирования элементов и устройств инфокоммуникационных систем"» - победителя грантового конкурса для преподавателей магистратуры 2022/2023 Стипендиальной программы Владимира Потанина.

Учебное пособие включает описание этапов разработки импульсных устройств, рассматривает пути достижения требуемых технических характеристик.

Изложены современные тенденции развития спутниковых сетей связи на базе геостационарных спутников-ретрансляторов с использованием технологии HTS. Проведен анализ основных путей и способов реализации спутниковых сетей связи с высокой пропускной способностью с использованием многолучевых приемо-передающих антенн, коммутации информационных потоков на борту. Рассмотрены методы уплотнения и разделения каналов, а также протоколы многостанционного доступа.

Изложены современные тенденции развития спутниковых сетей связи на базе негеостационарных спутников-ретрансляторов. Проведен анализ основных принципов построения сетей связи, их преимуществ и недостатков, параметров орбитальных группировок. Рассмотрены методы разделения и уплотнения каналов связи, управления информационными потоками, модуляции сигналов, экономного использования полосы частот и маршрутизации сообщений. Проведен анализ существующих и перспективных проектов спутниковых сетей связи с высокой пропускной способностью с использованием многолучевых приемо-передающих антенн, коммутации информационных потоков на борту.

Кратко изложены принципы построения и расчета центров обслуживания вызовов, которые широко представлены в телекоммуникационных сетях Российской Федерации. Рассмотрена последовательность обслуживания вызовов. Изложены подходы к проектированию центров обслуживания вызовов различного назначения. Учебно-методическое пособие предназначено для формирования необходимых компетенций у студентов вузов связи при проведении практических занятий и курсового проектирования.

Рассмотрены роль информации в современном обществе и основы концепции Международного союза электросвязи «Будущие сети» – «Future Networks»: основные цели и свойства будущих сетей, архитектура и свойства сетевой виртуализации, принципы энергосбережения в будущих сетях, умные всепроникающие сети SUN.

Систематически и подробно рассмотрено решение уравнений электродинамики в дифференциальной форме как решение волнового уравнения или уравнения Гельмгольца для векторных потенциалов в задачах возбуждения электромагнитных полей различными источниками в неограниченном однородном пространстве. Подробно разобраны параметры полей сферической, цилиндрической и плоской волн, поверхностной волны. Изложены основные теоремы и принципы электродинамики; основы теории открытых и закрытых направляющих систем и объёмных резонаторов; рассмотрены электромагнитно-волновые явления, возникающие при отражении плоской волны от плоской поверхности раздела сред, и явления рассеяния и дифракции электромагнитного поля, соответствующие прикладным задачам радиотехники. Особое внимание уделено физической интерпретации явлений электромагнетизма. Все разделы книги снабжены контрольными вопросами.

Пособие содержит требования к выпускной квалификационной работе магистра, порядок ее подготовки, правила оформления и критерии оценивания, а также методические рекомендации по ее организации и выполнению, подготовленные с учетом предыдущих разработок авторов, а также их опыта практической работы с магистрантами в МТУСИ, ПГТУ и других вузах страны.

Представлены задания и приведены алгоритмы решения ряда типовых задач, решаемых в аппаратуре потребителя сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем (ГНСС): формирование псевдошумовых сигналов, траекторные определения навигационных космических аппаратов по данным оперативной и неоперативной информации, оценка геометрического фактора и доступности навигации, определение абсолютных координат приёмника ГНСС, а также оценка состояния измерительного процесса, осуществляемая при помощи Калмановского фильтра.

Проанализированы существующие системы инерциальной навигации и перспективы их развития. Приведены типы, состав и характеристики устройств и систем, содержащих интегрированную навигационно-спутниковую навигационную систему (ИНС/СНС). Описаны области применения ИНС/СНС в системах БПЛА, высокоточной аэрофотосъёмки, на автотранспорте, в системах управления ориентацией космических аппаратов. Рассмотрено решение задач навигации и ориентации автономными системами, определение координат транспортного средства по данным спутниковых измерений и измерений инерциального блока.

Рассмотрены вопросы метрологии и снижения уровня интермодуляционных искажений радиосигналов сверхвысокочастотного диапазона в усилителях их мощности, функционирующих с непостоянной огибающей с учетом эффекта памяти. Анализируются возможности достижения компромиссных решений между энергетической эффективностью, линейностью, расширением информационной полосы частот, требованиями электромагнитной совместимости и технико-экономическими показателями. Сопоставлены характеристики вакуумных и твердотельных активных элементов для бортового космического применения. Приведен обзор схем построения усилителей мощности с высокой линейностью и энергетической эффективностью, аналоговых, цифровых и алгоритмических технических решений по их линеаризации, включая адаптацию к изменению параметров окружающей среды. Рассмотрены причины появления, способы измерения и методы снижения пассивных интермодуляционных искажений сигналов в антенно-фидерных цепях и входных каскадах приемопередающих устройств, которые ранее считались линейными. Показаны пути и способы снижения их уровня до допустимого. Представлены результаты оригинальных исследований и научно-технических разработок.

Изложены основные разделы дисциплины «Электротехника, электроника и схемотехника». Приведено описание четырнадцати лабораторных работ. Каждая работа сопровождается теоретическим материалом в форме конспективного изложения основных разделов лекций, примерами расчетов и моделирования электрических цепей и электронных схем, расчетными домашними заданиями по обработке экспериментальных результатов. Компьютерный лабораторный практикум построен на базе новой облачной среды схемотехнического проектирования TINACloud компании DesignSoft, подключение пользователя к которой происходит через Интернет в любом месте и в любое время без установки программы на собственном устройстве с использованием как настольного компьютера, так и различных мобильных устройств (ноутбуков, планшетов, смартфонов) и предназначен для формирования навыков, умений и компетенций в расчетах и экспериментальных исследованиях электрических цепей и электронных схем. Пособие может быть использовано как при традиционных, так и дистанционных технологиях обучения студентов.

Пособие состоит из 18 лекций, содержащих теоретический материал, задачи для решения, схемы для моделирования, контрольные вопросы, и соответствует программе дисциплины «Электротехника». Отличительной особенностью книги является то, что любую изучаемую схему можно загрузить в бесплатную студенческую версию программы TINA-TI и исследовать самостоятельно её работу. Пособие содержит дополнительные главы – резонансные контуры, электрические фильтры, двухполюсники, цепи с распределёнными параметрами, которые представляют интерес для углублённого понимания курса.

Изложены основные разделы дисциплины «Электроника». Рассмотрена элементная база современной электроники – полупроводниковые электронные приборы, операционные усилители, автогенераторы, цифровые микросхемы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, источники питания, микропроцессорные устройства и т.д. Помимо аналитических и графических методов расчёта представлена обширная информация по использованию бесплатной студенческой версии программы компьютерного моделирования электронных схем TINA-TI. Отличительной особенностью книги является то, что любую изучаемую схему можно загрузить в программу TINA-TI и испытать самостоятельно её работу. Знакомство с программой TINA-TI поможет студентам в будущем успешно применять профессиональные версии этой программы, а также аналогичные программы проектирования. Пособие содержит схемы для самостоятельного моделирования и экспериментального исследования электронных устройств.

В учебном пособии приведен материал, необходимый для полноценного освоения курса «Электрическое и электромеханическое оборудование» обучающимися по программам среднего профессионального звена.

Методические указания содержат лабораторные работы, которые выполняются на персональном компьютере с применением программы схемотехнического моделирования «Micro Сар 8». Работа с программой моделирования предполагает наличие у студентов навыков работы в операционной системе Windows 2000/ХР. Демонстрационную версию программы можно свободно получить по сети Internet, воспользовавшись сайтом фирмы разработчика, поэтому использование демо-версии этой программы моделирования в учебном процессе не нарушает авторских прав.