Общие (теоретические) вопросы электротехники. Электрический ток (Физика электричества - см.537)

Рассмотрены средства аналитических вычислений и решения задач анализа линейных цепей электротехники средствами пакета символьной математики Matlab – Symbolic Math Toolbox. Пособие состоит из двух разделов. В первом разделе даны основные понятия, рассмотрены рабочая среда Matlab и ее компоненты, среда и программные средства символьных вычислений, возможности визуализации символьных вычислений и математические программные средства для решения задач теории электрических цепей. Второй раздел посвящен решению задач анализа линейных цепей.

Журнал публикует научные и прикладные статьи по теоретической электротехнике, электрическим машинам и аппаратам, электроприводу, промышленной электронике, автоматическому управлению и регулированию электромеханических систем, электроэнергетике и электроснабжению промышленных предприятий, диагностике электрооборудования, релейной защите и противоаварийной автоматике энергосистем, математическому моделированию, элементам и устройствам вычислительной техники и систем управления, разработке и применению систем автоматизированного проектирования и интеллектуальных систем в научных исследованиях и инженерной практике в области электромеханики.

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 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.

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 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.

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.

В методических указаниях приведены рекомендации по выполнению лабораторных работ в соответствии с рабочей программой дисциплины. В каждой лабораторной работе указаны цели и задачи, приведены контрольные вопросы для подготовки к ее выполнению. Список литературы поможет студенту подготовиться к выполнению и сдаче лабораторной работы. Выполнение лабораторных работ позволит студентам освоить общекультурные и профессиональные компетенции, что важно для их будущей профессиональной деятельности.

Эта книга написана с целью дать возможность читателям, приступающим к изучению электрических цепей получить радость от этого процесса. В книге парочка персонажей из параллельного мира Фьюз и Космо, постепенно узнают много нового, бросая вызов задачам с использованием электрических цепей: от постоянного и переменного тока до генерации и передачи электроэнергии. Автор стремится к тому, чтобы читатели, сопереживая этим героям и испытывая вместе с ними удовольствие от решения задач, тоже не уступали им, а повышали свой уровень мастерства. Цель книги заинтересовать школьников, студентов и просто любителей физики изучить теорию электрических цепей. Эти базовые знания дадут толчок к дальнейшему пониманию мира электротехники, умных сетей электроснабжения и космической энергетики.

Рассматриваются решения прикладных задач электро- и магнитостатики, корректной постановки граничных задач с использованием уравнений Лапласа и Пуассона. Приводятся численные методы интегрирования уравнений.

В практикуме рассмотрены методы расчета электрических, магнитных цепей постоянного тока и однофазных цепей синусоидального тока. Представлены необходимые методические указания и рекомендации для выполнения контрольных работ по расчету линейных электрических и магнитных цепей постоянного и однофазного синусоидального тока. Приведены вопросы для подготовки студентов к экзамену по первой части ТОЭ.

В пособии изложены подходы и методы анализа электрических цепей, физические основы, принципы действия и характеристики полупроводниковых приборов; описаны типовые выпрямительные и усилительные устройства, выполненные на базе полупроводниковых приборов; разобраны примеры расчета электрических цепей постоянного и переменного тока; приводится задание на типовую расчетно-графическую работу. Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника», а также всех желающих получить навыки исследования и расчета электрических цепей.

В пособии рассматриваются методы расчета установившихся процессов в электрических цепях с периодическими несинусоидальными источниками. Приводятся теоретические сведения и большое количество примеров решения типовых задач. Предлагаются задачи для самостоятельного решения. Структура и содержание пособия соответствуют программе курса «Теоретические основы электротехники» для направления «Электроэнергетика и электротехника».

В монографии представлен обзор работ в области высоковольтной электрофизики и диагностики высоковольтного электрооборудования. Изложены результаты собственных исследований авторов, часть из которых не публиковалась на русском языке. Актуальность представляемой работы не вызывает сомнений, поскольку в ней рассмотрены жизненно важные для эксплуатирующих высоковольтное оборудование организаций вопросы диагностирования высоковольтной изоляции. Представлен исторический обзор применения характеристик частичных разрядов для диагностирования высоковольтного оборудования, рассмотрены модели и физическая картина ЧР, время задержки их формирования, связь истинного и кажущегося заряда ЧР, динамика и роль осевших зарядов в процессе ЧР.

Изложены вопросы расчета и экспериментального исследования электрических цепей постоянного и переменного тока в установившемся режиме. Пособие содержит минимум теоретических сведений, примеры расчета практических задач, приводится порядок выполнения экспериментов и необходимые сведения для обработки их результатов. Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Теоретические основы электротехники», а также всех желающих получить навыки исследования и расчета электрических цепей.

Рассмотрены теоретические основы, принципы организации и цели управления процессами производства, передачи, распределения электрической энергии в электроэнергетической системе, а также ее использования потребителями. Показаны элементы электроэнергетической системы, обеспечивающие протекание указанных процессов. Приведены особенности протекания процессов производства и передачи электрической энергии при реализации целей управления. Представлены инженерные методы расчета режимов электроэнергетической системы, даны численные примеры расчетов и теоретические пояснения к ним.

В учебном пособии в краткой форме представлены фундаментальные законы и понятия электричества. Изложенный материал позволяет студентам I курса повторить, закрепить и систематизировать основные знания по электричеству, полученные в средней школе. Эти знания, будучи базовыми, создают основу для дальнейшего успешного освоения электроэнергетики и электротехники. Учебное пособие может быть использовано для изучения курса «Введение в направление», а также при подготовке к изучению теоретических основ электротехники. Пособие может быть также полезно студентам других специальностей, изучающим общую электротехнику.

В настоящем учебном пособии приведены примеры решения задач нелинейной электротехники методами численного интегрирования дифференциальных уравнений Дуффинга, описывающих исходные электрические схемы с нелинейными реактивными элементами. Приведены также примеры решения задач, описывающих нелинейные схемы с помощью кубических сплайнов. Во всех примерах использованы конкретные значения элементов, из которых составлены электрические схемы.

Пособие посвящено изучению теоретических аспектов теории электромагнитного поля, теории электрических цепей постоянного и переменного тока, рассмотрены алгоритмы решения задач теории поля и электрических цепей. Приведены практические примеры. Структура и содержание пособия соответствуют программе второй части курса «Теоретически основы электротехники» для студентов электротехнических специальностей.

Предназначено для самостоятельной подготовки студентов к выполнению лабораторных работ по курсу «Электрические измерения неэлектрических величин». Рассмотрены основы электрических измерений на примерах мостовых схем. Исследованы методы определения методической погрешности измерений, обусловленной влиянием измерительных приборов.

Рассмотрены вопросы, связанные с основными понятиями и методами расчета переходных процессов, четырехполюсников, нелинейных элементов, что соответствует второй части дисциплины «Теоретические основы электротехники».

В книге описаны все способы получения электричества. Приведены страницы истории электротехники, посвящённые открытию этих способов.

Старшеклассники Сусуму и Юри волей случая открывают для себя музей батарей и знакомятся с его гостеприимной владелицей. Она расскажет друзьям, какого типа бывают батареи и какие из них где используются, а также поможет самостоятельно собрать источник питания. Вместе с героями манги читатель узнает интересные факты из истории батарей, в деталях изучит их устройство, выяснит, как время разряда зависит от температуры, в каких условиях хранить перезаряжаемые батареи, чтобы они дольше прослужили, и как правильно их утилизировать. В конце книги приводятся справочные материалы: глоссарий и сведения о химических веществах в составе батарей.

Рерэко — обыкновенная школьница из необыкновенной страны Электонии, где всё вокруг электрическое. Рерэко неплохо учится, да вот незадача — не может понять то, что требует от неё школьная программа по электричеству. За дело берётся её новый знакомый — Хикару. Вместе с ними ты узнаешь: что такое электрическая цепь, какая существует связь между напряжением, током и сопротивлением, «что делают» в электрических цепях конденсаторы и катушки индуктивности, как работают трансформаторы, электродвигатели и электрогенераторы, как устроены полупроводниковые диоды и транзисторы и ещё много интересного! Эта книга, несмотря на её «легковесный» жанр — комиксы, просто и последовательно, а главное, грамотно рассказывает о той роли, которую в нашей жизни играет электричество.

Эта книга написана с целью дать возможность читателям, приступающим к изучению электрических цепей получить радость от этого процесса. В книге парочка персонажей из параллельного мира - Фьюз и Космо, постепенно узнают много нового, бросая вызов задачам с использованием электрических цепей: от постоянного и переменного тока до генерации и передачи электроэнергии. Автор стремится к тому, чтобы читатели, сопереживая этим героям и испытывая вместе с ними удовольствие от решения задач, тоже не уступали им, а повышали свой уровень мастерства.

Представлен анализ отклика модельных и прикладных бактериальных препаратов на воздействие электромагнитных полей крайне высоких частот малой (нетепловой) интенсивности. Продемонстрированы возможности практического применения неинвазивной и бесконтактной, оперативной и экологически безвредной неионизирующей технологии электромагнитной обработки биосистем для регулирования их эволюции и (или) активности.

В учебном пособии излагаются вопросы моделирования электрических процессов в газонаполненных элементах, формирующих электронную цепь. Приведены графические изображения и аналитические соотношения, необходимые для оценки критериев ионизации и возбуждения элементарных частиц, пояснения механизма взаимодействия электронов и ионов, атомов и квантов электромагнитной энергии различных диапазонов частот. Изложен принцип работы и рассмотрены вольт-амперные характеристики ламп и трубок с разным типом разряда, зависящим от электропроводимости веществ, размеров и материала электродов, температуры окружающей среды и т.п. Описана специфика конструирования ионизационной камеры и дымового датчика, счетчика Гейгера-Мюллера и источников света при низком и высоком давлении газа или пара металлов.

В работе приведены эффективные приемы работы с распространенными программными средствами математического и имитационного моделирования.

Методические указания содержат варианты заданий, необходимые методические указания и рекомендации для выполнения контрольной работы №1 по расчету линейных электрических цепей синусоидального тока. Приведены вопросы для подготовки студентов к экзамену по первой части ТОЭ.

В учебном пособии изложены основные аспекты математического моделирования неавтономных блоков конформной РЭА и ЭВА и применения совокупности электрорадиотехнических методов для инвариантного синтеза графических и аналитических многополюсных операторов теории систем электронных приборов (ЭП), соединенных в единое целое питающими проводами. Актуальность подобной формализации нелинейных электрических эффектов и явления регенерации в электронной цепи обусловлена решением задачи корректного проектирования оригинального конструктивно-технологического исполнения вакуумной и полупроводниковой электронной компонентной базы. На основе алгоритмов символьного анализа колебательных процессов в электромагнитном поле изделий технической электроники и наноэлектроники проведена оценка влияния самопроизвольно возникающих и контролируемых обратных связей на граничные условия, реализующие режимы рекуперации и усиления сигналов ЭП. Они позволяют получить наглядные импедансные критерии, необходимые для достоверного прогнозирования уменьшения энергопотребления и повышения диапазона рабочих частот аналоговых и цифровых устройств различного назначения.

В учебном пособии изложены теоретические основы расчетов токов коротких замыканий в электроэнергетических системах, приведены практические примеры расчетов токов коротких замыканий и задания для самостоятельного выполнения.

Дано описание лабораторного стенда для изучения электрических цепей постоянного и переменного тока, включающего набор мини-блоков, источник питания, мультиметры и виртуальный измерительный комплекс «ВП ТОЭ». Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Издание содержит материалы, необходимые для выполнения и оформления типовых домашних заданий по модулям 5–7 курса «Основы теории цепей» (второй семестр обучения). Рассмотрено применение методов классического и операторного анализа переходных процессов. Показаны мгновенные распределения токов и напряжений по длине линии с распределенными параметрами в различных режимах ее работы.

Рассмотрено применение законов Кирхгофа и метода узловых потенциалов. Показаны преобразование «треугольник — звезда», график зависимости выделяемой на нагрузке мощности от сопротивления нагрузки, использование условия возникновения резонанса в цепи для поиска резонансных частот, применение метода контурных токов и расчет мощности гармонически изменяющегося тока. Приведено решение типовых заданий, в качестве примера проанализировано решение домашнего задания по теме «Цепи несинусоидального тока». Описано прохождение негармонических сигналов через цепи с комплексны частотно-зависимым импедансом. Рассмотрены способы расчета активной мощности негармонического переменного тока, выделяемой на нагрузке.

Изложены основные теоретические сведения по расчету частотных характеристик пассивных электрических цепей. Даны примеры записи уравнений для расчета амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Изложены основные теоретические сведения о расчете цепей постоянного тока. Даны примеры записи уравнений по законам Кирхгофа. Рассмотрены различные режимы работы источника постоянного напряжения, условие согласованного режима работы источника ЭДС и нагрузки. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Представлены основные сведения о преобразователях различных физических величин. Рассмотрены характеристики электрического, магнитного, электромагнитного и теплового полей; физические эффекты, проявляющиеся в этих полях; принципы работы различных измерительных преобразователей.

Рассмотрены вопросы, связанные с методами расчета линейных электрических цепей постоянного и синусоидального тока при установившихся режимах их работы, что соответствует первой части дисциплины «Теоретические основы электротехники».

Рассматриваются следующие основные задачи подготовки студентов: заложить научно-технический фундамент, т. е. ввести в сферу понятий, принципов, идей, целей и возможностей описание и анализ электрических цепей, дать теоретические основы для более глубокого изучения частных вопросов электротехники и теории электрических цепей. Уделено внимание сочетанию математических выводов с физическими представлениями, изучение методов расчета сопровождается рассмотрением физической стороны явлений. Пособие предназначено для изучения курсов «Электротехника» и «Теория электрических цепей» студентами электротехнических и радиотехнических специальностей факультета радиотехники и электроники, которые являются базовыми для изучения последующих специальных дисциплин.

Изложены теоретические основы электрофизических процессов, возникающих в электрических установках высокого напряжения, подкрепленные практическими работами.

В данном пособии кратко изложены теория и основные методы расчета электрических цепей постоянного и синусоидального тока в установившемся и переходном режимах. Приводятся примеры решения практических задач по основным темам, изучаемым в дисциплине «Электротехника». Приводятся сведения по выполнению расчетно-графического задания по данной дисциплине. Особое внимание уделено тщательному анализу приведенных примеров и задач. Расчетно-графическое задание охватывает вопросы расчета электрических цепей постоянного и синусоидального тока. Пособие предназначено в помощь студентам, изучающим дисциплину «Электротехника», а также всем желающим получить и закрепить навыки исследования и расчета электрических цепей на практических занятиях по дисциплине и ее самостоятельному изучению.

Пособие содержит теоретический подход к решению практических задач по расчету электрических цепей постоянного тока, задачи с решениями, а также комплекты задач для самостоятельного решения по основным темам раздела курса электротехники «Линейные электрические цепи постоянного тока». Для каждого типа задач приведены подробные алгоритмы расчета, в соответствии с которыми решены или рекомендуется решать задачи. Аналогичные задачи для самостоятельного решения позволят приобрести навыки в организации стратегии решения имеющейся задачи. В качестве помощи студентам в изучении дисциплины рассмотрены приемы работы на компьютере в среде MathCAD. Адресовано студентам, изучающим дисциплины «Электротехника» и «Теоретические основы электротехники».

Настоящее пособие охватывает полный цикл лабораторных работ, выполняемых студентами в соответствии с программами курсов «Теория электрических цепей» и «Теоретические основы электротехники». Часть работ может быть рекомендована для студентов, изучающих электротехнические курсы с другим названием, но включающие раздел теории электрических цепей. В пособии содержится описание учебных лабораторных стендов, минимум основных теоретических сведений, приводятся порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов экспериментов.

Рассмотрены методы расчета установившихся и переходных режимов в электрических цепях с распределенными параметрами (длинных линиях). Для лучшего усвоения предложенного материала в пособии приводится решение задач с различными режимами работы длинных линий. Структура и содержание пособия соответствуют программе курса «Теоретические основы электротехники» для студентов электротехнических специальностей.

Учебное пособие посвящено важному разделу курса «Теоретические основы электротехники», изучаемому студентами большинства технических направлений НГТУ – анализу установившихся режимов работы электрических и магнитных цепей постоянного тока. Учебное пособие представляет собой конспект лекций по указанному разделу, содержащий основные законы и примеры их применения на практике, методы расчета и экспериментального исследования процессов, происходящих в электротехнических устройствах постоянного тока. Рассмотрены линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного тока, разные подходы и алгоритмы расчета прямых и обратных задач применительно к таким цепям.

Рассматривается два метода расчета переходных процессов в электрических цепях с сосредоточенными параметрами: интеграл Дюамеля, который применяется при воздействии в линейных цепях источников, имеющих кусочно-гладкую форму напряжения или тока, и метод переменных состояния. Приводятся теоретические сведения и большое количество примеров решения типовых задач. Предлагаются задачи для самостоятельного решения.

В пособии рассматриваются вопросы анализа и синтеза электрических цепей с диссипативными потерями, предназначенных для работы в области сверхвысоких частот и выполненных по микрополосковой технологии. В работе представлены классические методы синтеза линейных частотно-избирательных цепей, основанные на полиномиальной аппроксимации амплитудно-частотных характеристик, а также современные подходы, в которых используется составление эквивалентных схем в сосредоточенном и распределенном элементном базисе с последующим переходом к микрополосковым топологиям и численному электромагнитному моделированию в компьютерных САПР. Описываемый метод синтеза применим для узкополосных и широкополосных СВЧ цепей. Эквивалентные схемы являются первоначальным обликом и составляются на основе эвристического опыта, физического обоснования, использования законов электродинамики или теории линейных СВЧ цепей.

Рассматриваются основные понятия, приемы анализа электрических цепей в различных режимах работы, в том числе и в переходных процессах с использованием возможностей программы Mathcad. Курс теоретических основ электротехники предполагает, что при изучении методов анализа 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 схема относительно небольшая, то оправдано применение логарифмической линейки, калькулятора, программы Excel и других относительно несложных вычислительных систем. Если же схема содержит только линейные элементы, но расчет необходимо сделать много раз при изменяющихся по величине параметрах, то требуется использование мощных вычислительных систем. Это особенно актуально при анализе переходных процессов и при наличии в схеме нелинейных элементов. Программа Mathcad отвечает всем требованиям по эффективному анализу сложных электрических схем.

Рассматриваются основные понятия и методы анализа установившихся режимов работы линейных цепей синусоидального тока. Показано применение компьютерных программных продуктов для расчета и схемотехнического моделирования данных цепей, что является важным для дальнейшего анализа как установившихся, так и переходных режимов в электрических и электронных цепях практически любой сложности. Материал пособия включает в себя краткие теоретические сведения, примеры задач с анализом их решения, задания для самостоятельного решения с ответами, а также примеры использования численного и схемотехнического моделирования.

Рассматриваются основные топологические понятия, методы анализа и компьютерного моделирования цепей постоянного тока. Цепи постоянного тока являются наиболее простыми с точки зрения процессов, протекающих в них, но топологические понятия, методы анализа цепей постоянного тока широко используются при анализе любых электрических и электронных цепей. Основным элементом в данном случае является резистор, имеющий линейную вольт-амперную характеристику. Два других основных элемента, а именно индуктивность и емкость, также имеют соответствующую линейную характеристику. Поэтому изучение методов анализа цепей постоянного тока создает базу для успешного освоения других цепей, работающих в самых различных режимах. Показано применение компьютера для расчета данных цепей, что является важным при дальнейшем анализе различных процессов в электрических и электронных цепях практически любой сложности.