Электротехника

В предлагаемом учебном пособии рассматриваются основные принципы построения функциональных элементов аналоговой части автоматических устройств, выполненных на базе операционных усилителей (ОУ).

Изложены способы защиты систем электроснабжения устройств электротехнических комплексов: тяговых и трансформаторных (понизительных) подстанций напряжением 6–10 кВ от перегрузок и коротких замыканий. Рассмотрен наиболее широко используемый на железнодорожном транспорте и в нефтегазовых объектах вариант электронной защиты и автоматики (АСУ нижнего уровня). Приведены технические характеристики, методики расчета и настройки уставок токовых защит. Рассмотрены примеры многоступенчатых и многопараметрических защит, дана оценка надежности их работы и предложения по дальнейшему совершенствованию. Приведены описания лабораторных работ, задания, методика выполнения и вопросы итогового контроля.

Рассматриваются физические закономерности, имеющие место в генераторах, трансформаторах и двигателях системы собственных нужд электростанций в различных режимах, содержатся характеристики вспомогательных систем, таких, как системы возбуждения и гашения поля генераторов.

В пособии рассматриваются вопросы появления носителей зарядов, электропроводности, электрического пробоя жидких диэлектриков на основе исследований автора. Показаны механизмы явлений, рассмотрены методы влияния на них.

В учебном пособии изложены вопросы расчета систем автоматизированного электропривода. Рассмотрены тиристорный и транзисторный электропривод постоянного тока, а также транзисторный асинхронный электропривод переменного тока. Даны методики выбора параметров регуляторов. Рассмотрены вопросы моделирования систем электропривода.

В пособии рассматривается большой круг вопросов, связанных с надежностью функционирования и проектирования систем электроснабжения. Материал излагается в следующем порядке. Вначале рассмотрены общие положения теории надежности, показатели надежности элементов и групп элементов. Далее детально рассмотрены способы оценки схемной надежности, в частности, схем электроснабжения и подстанций. Не оставлена без внимания проблема создания в электроэнергетической системе оптимальной величины оперативного резерва мощности.

В пособии на значительном числе примеров решения типовых задач рассматриваются методы расчета четырехполюсников и трехфазных цепей. Предлагаются аналогичные задачи для самостоятельного решения с ответами. Показаны приемы использования персонального компьютера для автоматизации расчетов электрических цепей. Структура и содержание пособия соответствуют программе курса «Теоретические основы электротехники» для электротехнических специальностей вузов. Предназначено для самостоятельной работы студентов, а также может быть полезно преподавателям при организации учебного процесса.

Рассмотрены электрические параметры характерных типов вакуумных промежутков при высоком напряжении, а также механизмы пробоя этих промежутков при различных видах приложенного напряжения.

Рассмотрены принципы построения и расчет защит понижающих автотрансформаторов на базе современных отечественных шкафов микропроцессорных защит.

В пособии даны описания восьми лабораторных работ по сигналам, линейным радиотехническим цепям, прохождению детерминированных и случайных процессов через эти цепи.

Изложены основы применения двух достаточно удачных пакетов моделирования микроволновых устройств: «Microwave Office» и «CST Microwave Studio», при этом рассмотрение ограничено моделированием лишь линейных устройств.

Рассмотрены цифровая фильтрация телевизионных сигналов, включая фильтры нижних частот, фильтры верхних частот и гребенчатые фильтры; показано применение цифровых методов для выделения цветоразностных сигналов, подчер-кивания цветовых переходов, улучшения соотношения сигнал/шум и подавления импульсных помех; описаны новые принципы построения аналоговых высокоизбирательных канальных телевизионных фильтров метрового и дециметрового диапазонов, предназначенных для работы с модуляторами и передающими устройствами цифрового стандарта DVB-T/H.

В учебном пособии изложен материал курса, читаемого автором студен¬там НГТУ по специальности электроэнергетические системы и сети. Первая часть пособия содержит понятийный аппарат технической диагностики, методику анализа объектов диагностики с использованием принципов системного подхода, а также характеристику методов контроля и диагностирования оборудования электрических сетей, иллюстрированную рядом практических примеров.

В четвертой части учебного пособия подробно изложена физика процессов, происходящих в полевых транзисторах с барьером Шоттки на арсениде галлия, наиболее быстродействующих и широко приме-няемых в СВЧ-диапазоне. Рассмотрена электрофизическая модель на данный тип транзисторов и приведены практические результаты, дока-зывающие правомерность такой модели. Данная часть пособия полезна студентам, специализирующимся в проектировании быстродействующих электронных средств по твердотельной технологии.

Предлагаемое учебное пособие по курсу «Электродинамика заряженных частиц», который автор читает студентам физико-технического факультета НГТУ, содержит наиболее важные вопросы динамики заряженных частиц и интенсивных пучков в стационарных электромагнитных полях. В книге представлен необходимый математический аппарат, приведены основные уравнения электромаг-нитного поля, подробно рассмотрены аналитические и численные методы рас¬чета электрических потенциалов и полей. Рассмотрено движение заряженных частиц в однородных и слабо неоднородных электрическом и магнитном полях, в полях с аксиальной симметрией. Построено матричное описание движения, рас¬смотрена динамика частиц в аксиально-симметричных электрических и магнитных линзах, в дуплетах и триплетах квадрупольных линз. Даны определения эмиттанса пучка и аксептанса канала, рассказано о проблемах построения огибающих потока и согласования потока с периодическим каналом. Описаны основные эффекты, возникающие из-за влияния пространственного заряда, в том числе образование виртуальных катодов. Рассмотрено начальное формирование электронных потоков электростатическим полем, описаны источники пучков заряженных частиц с плазменным эмиттером.

В пособии излагаются основы функционирования автоматизированных систем управления (АСУ) технологическим процессом (ТП) на тепловых электрических станциях. Обозначены цели функционирования верхнего общестанционного и блочного уровней АСУ ТП. Изложены и поясняются основные принципы управления тепломеханическим оборудованием энергоблоков, порядок взаимодействия функциональных групп тепломеханического оборудования в рабочих и аварийных режимах. Рассматриваются особенности АСУ ТП энергоблока, выполненной на базе современных программно-технических средств. Отдельное внимание уделено организационным вопросам эксплуатации АСУ ТП тепловых электростанций.

В пособии на значительном числе примеров решения типовых за-дач рассматриваются методы расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Предлагаются аналогичные задачи для самостоя-тельного решения с ответами. Показаны приемы использования персонального компьютера для автоматизации расчетов электрических цепей. Структура и содержание пособия соответствуют программе курса «Теоретические основы электротехники» для электротехнических спе-циальностей вуза.

В пособии на значительном числе примеров решения типовых за-дач рассматриваются методы расчета линейных электрических цепей при воздействии периодических несинусоидальных источников напряжения и тока. Предлагаются аналогичные задачи для самостоятельного решения с ответами. Показаны приемы использования персонального компьютера для автоматизации расчетов электрических цепей. Структура и содержание пособия соответствуют программе курса «Теоретические основы электротехники» для электротехнических спе-циальностей вузов.

Рассмотрены вопросы, связанные с конструкцией маслобарьерной изоляции в силовых трансформаторах и реакторах поперечной компенсации. Приведены физические и химические характеристики компонентов маслобарьерной изоляции. Отражены основные тенденции в современном трансформаторостроении, связанные с применением высокотемпературной изоляции и высокотемпературной сверхпроводимости.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, решаемые при создании электротехнических комплексов для предприятий нефтегазовой отрасли. Представлены кратко характеристики электроприемников и источников питания. Приведены методы электрических расчетов, выбора параметров элементов и схем системы электроснабжения, расчетов токов короткого замыкания. Рассмотрены вопросы компенсации реактивной мощности и качества электроэнергии, безопасности и устройства заземлений. Приведены сведения по релейной защите и автоматизации систем.

В учебном пособии рассмотрены вопросы проектирования и основы расчета целостной эмиссионно-оптической системы классических приборов отображения информации - кинескопов для черно-белого и цветного телевидения. Рассмотрены основы расчета и конструирования эмиссионного (катодоподогревательного) узла и узлов, формирующих пространство дрейфа заряженных частиц, включающего управляющую систему, фокусирующую и отклоняющую.

Данное учебное пособие дает системное представление об основах организации предпринимательской деятельности. В нем освещены основные разделы предпринимательства; последовательно рассмат-риваются сущность и методы предпринимательской деятельности, предпринимательская среда, организационно-правовые формы пред-принимательской деятельности, порядок регистрации и лицензирова¬ния предприятий. Пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Экономика и организация предпринимательской деятельности» и предназначено для студентов, аспирантов и преподавателей экономи-ческих вузов, слушателей школ бизнеса, экономистов, менеджеров и всех заинтересованных лиц.

Учебно-методическое пособие включает в себя теоретическую часть и три лабораторных работы. Предназначено для студентов IV и V курсов специальностей 090104 «Комплексная безопасность объектов информатизации» и 090105 «Комплексное обеспечение информацион-ной безопасности автоматизированных систем».

Рассматриваются основные аспекты теории и практики получения изделий радиотехнической промышленности из наноматериалов, а также перспективы для дальнейшего развития и применения высококачественной керамики.

Рассмотрены основные принципы построения схем РЗиА. Приведены типовые схемы УРЗА. Предназначено для использования при проведении лекционных и практических занятий, выполнения РГР и дипломных проектов. Автор выражает благодарность студентам А.О. Государкину, П.С. Боженко, Д.А. Скляр, принявшим активное участие в подготовке рукописи.

Рассмотрены основные резистивные элементы электронных цепей: диоды, стабилитроны, биполярные и полевые транзисторы, а также простые элек¬тронные схемы на их основе. Анализ схем проводится с использованием мето¬дов расчета, которые изучались в курсе теоретических основ электротехники, и с применением схемотехнического моделирования.

Разработаны и реализованы новые подходы к созданию автономных систем навигации, предназначенных для определения угла отклонения объекта от заданной траектории, угла его поворота вокруг оси движения, дальности до него. Выбран и обоснован радиочастотный диапазон электромагнитных волн для проектирования отдельных устройств системы навигации. Выполнено мате-матическое моделирование взаимодействия системы навигации и простейшего проводящего объекта поиска; диаграмм направленности передающих антенн георадара.

В пособии рассмотрены два основных типа матричных конверто-ров (МК), а именно МК напряжения и МК тока. Разработана аналити-ческая теория энергетических процессов на входе и выходе конверто-ров. Эта теория построена на основе прямых методов расчета энерге-тических показателей электромагнитных процессов, используемых для анализа энергетики и других типов конверторов в трех ранее из-данных частях одноименного пособия по курсу электромагнитная со-вместимость.

Рассматриваются основы теории прямоугольных и круглых вол-новодов. Основное внимание сосредоточено на детальном изложении вопросов, не нашедших должного освещения в учебно-методической литературе последних десятилетий. Представлены процедуры форми-рования и оценивания структур электромагнитных полей различных типов волн. Подробно описываются особенности основных типов волн прямоугольного и круглого волноводов.

Рассмотрены основы теории автоматического регулирования линейных систем: основные понятия и принципы управления, математическое описание систем регулирования, устойчивость и качество систем регулирования. Изложены физические основы регулирования напряжения и реактивной мощности, частоты и активной мощности. Показано получение линеаризованных уравнений и структурной схемы простой регулируемой электрической системы. Приведено описание систем регулирования возбуждения и скорости вращения синхронных машин. Рассмотрены модели систем возбуждения, регу¬ляторов возбуждения, системных стабилизаторов и регулятора скорости вра¬щения гидрогенератора. Изложены начальные шаги по использованию Simulink для моделирования динамических систем. Учебное пособие отвечает требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по подготовке бакалавров и магистрантов направления 140400 - «Электротехника и электроэнергетика». Пособие может быть полезно для аспирантов электроэнергетических специальностей.

В монографии рассмотрены основные положения комплексного эк- сергетического анализа энергоблоков ТЭС с новыми технологиями (ко- тельными, станционными и комбинированного теплоснабжения). Приведены методики определения показателей эксергетической эффективности, эксергетических и технико-экономических характерис- тик энергоблоков ТЭС и их агрегатов, распределения затрат между энергопродуктами при их комплексном производстве агрегатами и в целом ТЭС, а также способы решения оптимизационных технико- экономических задач.

В энергетике прогнозированию всегда уделяется большое внимание. В ра- боте рассматриваются основные задачи прогнозирования при управлении ре- жимами энергосистем и их формализации на основе сочетания математических и практических методов, а также задачи долгосрочного и краткосрочного пла- нирования и адаптации планов. Даются общие методологические принципы моделирования задач прогнозирования. Основное внимание уделяется стати- стическим моделям и математическим методам прогнозирования. В различных задачах используются методы временных рядов, регрессионного анализа, ран- говые модели, методы вероятностного и статистического анализа. Приводятся методики и численные примеры решения различных задач прогнозирования. Все модели ориентированы на применение компьютерных технологий.

Монография посвящена синтезу новой элементной базы антенн и микроволновых устройств. Основой этих элементов являются элек- тромагнитно связанные полосковые и микрополосковые линии пере- дачи. Синтез элементов и узлов ведется с позиций современных тен- денций и воззрений, включая использование систем трехмерного электродинамического моделирования электромагнитного излучения антенн в дальней зоне Фраунгофера. Все результаты, полученные в работе, поддерживаются печатными работами и патентами автора в соавторстве с коллегами и учениками. Каждый раздел работы содер- жит табулированные и графические результаты, пригодные для непо- средственного использования в проектировании антенн и микровол- новых устройств с соблюдением отечественных норм конструкторско- технологических требований микроэлектроники.

Теоретические исследования, представленные в монографии, по- священы разработке методов структурного синтеза и схемотехниче- ского анализа вентильных преобразователей переменного тока в по- стоянный. Описаны процедуры нескольких методов синтеза вентиль- ных схем и геометрические правила генерации схемных решений трансформаторных преобразователей числа фаз. Отражена история развития схемотехники выпрямителей и дана топологическая класси- фикация вентильных преобразователей, учитывающая современный уровень топологических исследований. Основным объектом прило- жения для разработанной теории структурного синтеза выбран преоб- разовательный комплекс электрического транспорта.

Настоящая книга посвящена вопросам теории и техники широко-полосных усилительно-преобразовательных трактов СВЧ на полупроводниковых приборах. В ней отражены опыт научной и методической работы автора в области теории и техники ШППУ СВЧ и богатый накопленный в технической литературе материал по анализу, расчету и проектированию устройств СВЧ на полупроводниковых приборах. Методики расчета согласующих цепей (СЦ) различных типов ШППУ СВЧ имеют много общего. Поэтому, с учетом важности вопросов построения, расчета и конструктивной реализации СЦ, сведения о теории и технике широкополосного согласования комплексных нагрузок выделены в самостоятельный раздел с последующим рассмотрением особенностей построения и расчета входных и выходных цепей конкретного типа устройств.

Рассмотрены основные положения цифрового представления и обработки телевизионного и звукового сигналов, обобщен и систематизирован материал по международным стандартам кодирования с информационным сжатием MPEG-2, MPEG-4, AVC, проанализированы особенности передачи сигналов цифрового телевидения по эфирным каналам связи. В развернутой форме представлены данные об основных характеристиках стандартов цифрового те- левизионного вещания DVB-T, DVB-H и изложены основные принципы их функционирования, а также описаны конструктивные особенности цифровой телевизионной аппаратуры и устройств ограничения доступа к телевизионным программам. Особое внимание уделено анализу структуры сетей цифрового телевизионного вещания.

Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. Приведены основные сведения об особенностях энергетического спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника (спинтроника) и фотонные кристаллы.

Монография посвящена синтезу новой элементной базы антенн и микроволновых устройств. Основой этих элементов являются элек- тромагнитно связанные полосковые и микрополосковые линии пере- дачи. Синтез элементов и узлов ведется с позиций современных тен- денций и воззрений, включая использование систем трехмерного электродинамического моделирования электромагнитного излучения антенн в дальней зоне Фраунгофера. Все результаты, полученные в работе, поддерживаются печатными работами и патентами автора в соавторстве с коллегами и учениками. Каждый раздел работы содер- жит табулированные и графические результаты, пригодные для непо- средственного использования в проектировании антенн и микровол- новых устройств с соблюдением отечественных норм конструкторско- технологических требований микроэлектроники.

Учебное пособие посвящено изложению основ теории и расчетам теплопередачи в электротехнологических установках и системах и содержит две части. В первой части даны основные положения теории теплопроводности, конвективного теплообмена, теплопередачи при фазовых превращениях, теплообмена излучением и сложного теплообмена. Во второй части рассмотрены примеры и методические приемы использования теории теплопередачи для решения конкретных задач, встречающихся в инженерной и научно-технической практике при расчетах электро- и теплоэнергетических устройств.

Изложены физические основы преобразования электрической энергии в энергию плазмы на основании современных представлений о взаимодействиях плазмы с электромагнитным полем; рассмотрены электрические цепи, включающие дуговые разря¬ды постоянного и переменного тока, излагаются основы электродинамики плазмы с введением понятий частотной и пространственной дисперсии; анализируются харак-теристики электродуговых плазмотронов различных конструкций и плазменных элект-ротехнологий, осуществляемых в современном промышленном оборудовании. Книга предназначена для подготовки кадров по направлению «Электротехника, электромеханика, электротехнологии», специальности «Электротехнологические установки и сис-темы» и может быть полезна студентам, магистрантам, аспирантам и специалистам, занимающимся плазменными технологиями.

Дан анализ электромагнитных процессов в системах генерирования электрической энергии типа «магнитоэлектрический генератор с переменной частотой вращения вала - полупроводниковый преобразователь». Рассмотрены системы генерирования постоянного и переменного токов с тиристорными и транзисторными преобразователями частоты. Проведен анализ и синтез основных параметров систем генерирования электрической энергии для летательных аппаратов и ветроэнергетических установок при переменной частоте вращения вала синхронного генератора; рассмотрены законы управления выпрямителями, непосредственными преобразователями частоты с естественной коммутацией и инверторами напряжения при работе в составе СГЭЭ постоянного и переменного тока. Обосновано преимущество использования модульного принципа построения мощных преобразователей частоты для систем генерирования электрической энергии летательных аппаратов и ветроэнергетических установок.

Рассмотрена проблема энергосбережения и повышения энергетической эффективности производства с учетом требований действующих нормативных документов и закона об энергосбережении. Описаны причины низкой энергетической эффективности производства. Приведена методика обследования потребителей с целью оценки ресурсов энергосбережения. На конкретных при¬мерах даны способы снижения потерь и увеличения энергетической эффективности производства. Приведены краткие характеристики энергосберегающих мероприятий для установок общепромышленного назначения, зданий и некоторых отраслей промышленного производства. Дана информация о способах оценки энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий и об управлении процессом энергосбережения. Учитывая назначение и направленность изложенной информации, основное внимание акцентировано на электрической энергии.

Содержатся сведения о принципах построения и структуре вторичных источников питания, их показателях и схемных решениях основных функциональных узлов: выпрямителей, стабилизаторов, инверторов и корректоров, обеспечивающих эффективное преобразование параметров электрической энергии в современных электропитающих установках для радиоэлектронной аппаратуры связи и обработки информации. Материал сопровождается учебными задачами и практическими схемами вторичных источников.

Приводятся общие представления об электромагнитной совместимости электроэнергетического оборудования, рассматривается классификация видов помех, каналы их проникновения, приводятся методы и средства измерения помех и испытаний на помехоустойчивость. Подробно изложены вопросы обеспечения электромагнитной совместимости и обследования электромаг¬нитной обстановки. Дано описание проблем экологического воздействия электромагнитного поля на человека и методов уменьшения этого воздействия.

В настоящей работе предпринята попытка обобщить инженерные методы построения, настройки, оптимизации автоматических систем регулирования теплоэнергетических объектов, применяя упрощенные методы анализа и синтеза

Содержание практикума охватывает все основные разделы теории линейных и нелинейных цепей. Приведены задачи как иллюстрирующие тот или иной метод расчета, так и возникающие при исследовании реальных электротехнических устройств. Каждой из рассматриваемых тем предшествуют необходимые теоретические сведения, представленные в справочной форме.

В учебнике изложены сведения об элементной базе и устройствах, применяемых в оптоэлектронных приборах (приборы ночного видения, тепловизоры, прицелы, дальномеры). Рассмотрены принцип действия и характеристики источников излучения, фотоприемников, электронно-оптических преобразователей изображений видимого и ИК-диапазонов. Приведены примеры практической реализации оптоэлектронных приборов, решающих задачи визуализации, обнаружения, измерения, управления при наличии помех, дестабилизирующих факторов и жестких габаритно-весовых ограничений.

Монография посвящена решению актуальных проблем создания аппара¬турно-технологических и аппаратурно-физических комплексов применительно к задачам электронного приборостроения, оптимизации аппаратурного обеспе¬чения плазменных технологических процессов в современном вакуумном при-боростроении. Возбуждение химически активных сред рассматривается с учетом энерго- и массообмена (неравновесная плазма). Предложены методы использования высокочастотных полей с особыми частотно-спектральными свойствами для создания однородных и пространственно развитых плазменных объемов. Большое внимание уделено созданию современных высокоэффективных генераторов низкотемпературной плазмы - плазмотронов: Е-типа и Н-типа, гибридных генераторов, а также многоканальных пространственно распреде-ленных генераторов, позволяющих реализовать различные технологические операции. Особое внимание уделяется природоохранным аспектам использования техногенных устройств, какими являются высокочастотные и сверхвысо-кочастотные плазмотроны.

В учебник включены разделы лазерной физики, знание которых необходимо при использовании лазеров во многих областях науки и техники. Рассмотрено распространение волн в различных средах, обоснованы кинетические уравнения, которые лежат в основе теории лазеров, дано решение этих уравнений.

Изложены теоретические основы индукционного и электрокон- тактного нагрева. Обобщены результаты исследований, представлен-ных в российских и зарубежных литературных источниках, а также выполненных в Новосибирском государственном техническом уни-верситете (Россия) и в университете г. Падуя (Италия). Исследованы электромагнитные процессы в системе индуктор-загрузка в установ¬ках индукционного нагрева и в нагреваемых изделиях в установках электроконтактного нагрева. Рассмотрены различные формы изделий, нагреваемых посредством каждого из этих методов. Приведены ана-литические методы расчета параметров электромагнитного поля в нагреваемых изделиях, а также интегральных электрических и энерге-тических характеристик нагревательных установок; результаты ана-литических расчетов сравниваются с данными численного моделиро-вания и физических экспериментов на промышленных установках.