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

В краткой форме рассмотрены методы расчета различных электрических цепей с помощью пакета MathCAD.

Методические указания подготовлены в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 35.03.06 Агроинженерия.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре радиофизики физического факультета Воронежского государственного университета.

В конспективной и доступной форме изложены основы теории линейных и нелинейных электрических цепей во временной и спектральной областях. Подробно рассмотрены методы расчета электрических цепей при постоянном токе и гармонических воздействиях, в стационарных и переходных режимах, влияние нелинейных цепей на прохождение гармонического сигнала. Рассмотрены резонансные явления, характеристики пассивных и активных частотно-избирательных фильтров с применением компьютерных методов их расчета. Анализируются спектры сигналов различной формы. Представлена теория цепей с распределенными параметрами. Отдельная глава посвящена цифровой обработке сигналов и методам расчета цифровых фильтров.

В учебном пособии рассматриваются вопросы моделирования энергетических процессов в электронной волновой цепи методами теории электрических цепей. Необходимость изучения энергетических процессов в волновых цепях вызвана актуальностью создания алгоритмов для расчета электрических цепей с учетом эффектов, возникающих при передаче сигналов в нелинейных цепях, включающих элементы с распределенными параметрами. В качестве примера в работе исследована совместная работа двух активных нелинейных элементов в длинной линии, представляющих собой элемент линейной нагрузки и негатрон с амплитудно-зависимыми параметрами, включенные параллельно по постоянному току. Это позволяет создавать микроэлектронные схемы и устройства с элементами цепи, интегрированными с учетом токов проводимости и электромагнитных связей, существующих между элементами интегральной схемы. Это учебное издание, содержащее новые научно-теоретические сведения, полученные совместно на кафедрах радиотехнической электроники и электротехники и мехатроники ЮФУ, обеспечивает реализацию обязательных профессиональных компетенций, сформулированных в федеральном государственном образовательном стандарте.

В учебном пособии представлены материалы лекционных и практических занятий по следующим разделам дисциплины «Основы теории цепей»: «Комплексные частотные характеристики линейных цепей»; «Основные понятия о колебательных цепях»; «Последовательный колебательный контур»; «Параллельные колебательные контуры».

Несимметрично загруженные фазы в электрических сетях приводят к росту потерь электроэнергии, следствием чего является снижение ее качества. Исследования проведены в реально действующих сетях и на экспериментальной установке, созданной в лаборатории с использованием электронного конструктора «Arduino». «Arduino» позволяет компьютеру моделировать электрическую нагрузку. Устройства с помощью электронного конструктора «Arduino» получают информацию датчиков и управляют исполнительными устройствами. Платформа с программным кодом построена на простой плате с современной средой для написания программного обеспечения. Это современное устройство использовано в разработанной экспериментальной установке на кафедре «Электроснабжение» Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова для исследования физических процессов в электрических сетях. Исследования проводились на экспериментальной установке при различных режимах: симметричном режиме, несимметричном режиме при нагрузке на две фазы, несимметричном режиме при нагрузке на одну фазу (крайний режим несимметрии). Исследования свидетельствуют о влиянии несимметрии на рост потерь электроэнергии в электрических сетях.

Пособие соответствует содержанию дисциплин «Теоретические основы электротехники» и «Основы теории цепей» (ТОЭ и ОТЦ). Выгодно отличается от других пособий наличием множества решенных задач и числовых примеров, задач для самостоятельного решения и вопросов для самопроверки знаний. В книгу включены те вопросы, которые имеют общетеоретическое значение для последующих электрорадиотехнических дисциплин

Изложены вопросы теории электромагнитного поля, приведено описание аппаратуры электромагнитных методов с использованием переменного гармонического тока в диапазоне частот 312,5–2250•10*3 Гц, рассмотрен принцип ее действия, технические и методические характеристики. Освещена технология работ с этой аппаратурой, рассмотрены вопросы обработки полученных материалов исследования аппаратурой электромагнитных методов, дано их геологическое истолкование с большим количеством примеров.

Методические указания предназначены для студентов 1, 2 курсов очной и 3 курса очно-заочной и заочной форм обучения направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов» (профиль «Электроснабжение железных дорог»).

В учебном пособии представлены материалы лекционных и практических занятий по базовым разделам дисциплины «Основы теории цепей»: «Основные определения теории цепей»; «Идеализированные элементы электрических цепей»; «Топология цепей»; «Законы Кирхгофа»; «Эквивалентные преобразования электрических цепей».

Учебное пособие предназначено для подготовки и проведения первых четырех лабораторных работ по курсу «Теория электрических цепей» для студентов направления 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

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, приводится порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов экспериментов.

В книге обсуждаются вопросы, связанные с разработкой и применением уникальных устройств - взрывных магнитокумулятивных генераторов сверхсильных магнитных полей. Описываются содержание и результаты многолетней работы в РФЯЦ-ВНИИЭФ по развитию предложенной А.Д. Сахаровым идеи магнитной кумуляции энергии взрывчатых веществ до уровня физического метода получения магнитных полей многомегагауссного диапазона. Приведены описания и параметры физических приборов - каскадных генераторов МК-1 10- и 20-мегагауссного диапазонов. Рассмотрены способы применения созданных приборов в систематических исследованиях в различных областях физики экстремального состояния вещества.

Учебное пособие «Теория электрических цепей» содержит теоретический материал и варианты решения задач по курсу ТЭЦ, изучаемые во второй части курса ТЭЦ. Разработано в соответствии с ФГОС ВПО по направлениям подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», «Радиотехника», «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» и предназначено для студентов 2 курса студентов ФБТО для практических занятий и самостоятельной подготовки.

В пособии, предназначенном для самостоятельного изучения основных разделов теории электрических цепей, изложены основы синтеза двухполюсных и четырехполюсных линейных и нелинейных электрических цепей, аналоговых фильтров, амплитудных, фазовых и гармонических корректоров, дискретных и цифровых фильтров и оптимизация электрических цепей. Изложенная теория проиллюстрирована многочисленными примерами, позволяющими лучше усвоить теоретический материал при самостоятельном изучении этой дисциплины. В конце каждой главы приведены основные результаты и выводы, вопросы для самоконтроля и задачи для самостоятельного решения, ответы на которые представлены в конце книги. Пособие может быть использовано как при традиционных, так и дистанционных технологиях обучения.

В практикуме представлены материалы, необходимые для проведения лабораторных работ при изучениидисциплины «Электроснабжение».

В учебном издании представлены краткие теоретические сведения по тематике курсового проектирования, т.е. вопросы, касающиеся законов линейных электрических цепей, их структуры, свойств, режимов работы и методов расчета, а также методов преобразования электрических схем.

Представлен конспект лекций по третьей части курса «Основы теории цепей».

Представлен конспект лекций по второй части курса «Основы теории цепей».

Представлен конспект лекций по первой части курса «Основы теории цепей».

Учебное пособие «Теория электрических цепей» содержит теоретический материал и варианты решения задач по курсу ТЭЦ, изучаемые в первой части курса ТЭЦ. Разработано в соответствии с ФГОС ВПО по направлениям подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», «Радиотехника», «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» и предназначено для студентов 1 курса студентов ФБТО для практических занятий и самостоятельной подготовки.

В издании содержатся методические указания по решению задач по теории электрических цепей.

Издание содержит методические указания к 4 лабораторным работам.

Целью работы является экспериментальное исследование сложной резистивной цепи при воздействии нескольких источников напряжения и тока.

Методическая разработка к лабораторным работам по 2-й части курса Теории электрических цепей (ТЭЦ) «Исследование переходных процессов, временных и частотных характеристик в линейных электрических цепях» содержит указания по заданию на предварительные расчеты, по выполнению и оформлению результатов, а также краткие теоретические положения к четырем работам по исследованию переходных процессов, частотных и временных характеристик в RLC-цепях дисциплины "ТЭЦ". В дополнении данная разработка содержит пояснения по выполнению указанного цикла работ на ЭВМ. Все эти работы предназначены для выполнения студентами дневной и заочной форм обучения специальностей 210400, 210700, 090302.

В издании содержатся индивидуальные задания по дисциплине «Теория электрических цепей (ТЭЦ)».

Практикум содержит 6 лабораторных работ по теории цепей.

Методическая разработка к лабораторным работам по 2-й части курса ОТЦ «Переходные процессы, временные и частотные характеристики в линейных электрических цепях, длинные линии, нелинейные и автоколебательные цепи» содержит указания по заданию на предварительные расчеты, по выполнению и оформлению результатов, а также краткие теоретические положения к восьми работам по исследованию переходных процессов, частотных характеристик в ЛАС-цепях, режимов работы длинной линии, нелинейных резистивных и автоколебательных цепей дисциплины "Основы теории цепей". В дополнении данная разработка содержит пояснения по выполнению указанного цикла работ на ЭВМ. Все эти работы предназначены для выполнения студентами дневной и заочной форм обучения специальностей 201000, 200900. 201100, 200700, 550400.

Практикум содержит 8 лабораторных работ по теории цепей.

Учебное пособие к курсовой работе по 3-й части курса ОТЦ «Расчёт электрических фильтров по рабочим параметрам» содержит указания по проектированию электрических фильтров различных типов. Рассмотрены вопросы аппроксимации по Баттерворту и Чебышеву, вопросы реализации схем по Дарлингтону и Попову. Даны пояснения для расчёта рабочего ослабления и фазы фильтров нижних, верхних частот и полосовых. В дополнении данная разработка содержит пояснения по выполнению расчётов частотных и временных характеристик лестничных фильтров на ЭВМ с применением программы MathCAD.

Изложены основы материаловедения для диэлектрических, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов электроустановок систем электроснабжения сельскохозяйственных объектов. Приведены электрические, тепловые,механические и другие характеристики проводников, диэлектриков, полупроводников и магнитов, даны области применения материалов в электроустановках различного назначения.

Рассмотрены основные термины, определения, механизмы поражения человека электрическим током и электромагнитным полем, факторы, определяющие степень опасности этих воздействий, влияние параметров электрического тока и электромагнитного поля на исход поражения человека при выполнении работ в электроустановках напряжением до и выше 1кВ. Представлены практические занятия, вопросы для самопроверки и ответы на экзаменационные вопросы.

Изложены основные разделы дисциплины «Электротехника и электроника». 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 современного программного комплекса TINA-8 компании Texas Instruments, упрощенную студенческую версию которого можно свободно получить на сайте http://www.ti.com/tool/tina-ti, 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.

Изложены основные разделы теории электрических цепей (ТЭЦ). Наряду с подробным изложением теоретического материала, соответствующего действующей программе учебной дисциплины ТЭЦ, приведены примеры решения конкретных задач и задания для самостоятельных компьютерных исследований с методическими указаниями по их выполнению при помощи программных систем MathСad и Micro-Cap.

Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения основных разделов теории цепей. В первой части пособия с единых позиций рассматриваются вопросы анализа линейных, нелинейных и дискретных цепей, находящихся под воздействием гармонических, периодических негармонических, непериодических и дискретных колебаний. Вторая часть пособия содержит материал об аналоговых и дискретных устройствах, входящих в состав радио- и проводной аппаратуры связи: электрических аналоговых и дискретных фильтрах, корректорах, генераторах, нелинейных преобразователях. Пособие может быть использовано как при традиционных, так и дистанционных технологиях обучения студентов.

В пособии приведены математические модели электрической системы и ее элементов, методы расчета симметричных коротких замыканий в ЭС с источниками конечной и бесконечной мощности, принципы исследования электромагнитных переходных процессов при однократном нарушении симметрии. Отдельная глава посвящена аналитическим методам расчета электромагнитных переходных процессов в электрических системах.

В издании даны описания пяти лабораторных работ, позволяющих экспериментально пронаблюдать преобразование детерминированных сигналов в нелинейных радиотехнических цепях и проверить методы математического описания этих преобразований. В практикуме приведены порядок выполнения работ, требования к оформлению отчетов, рекомендации по подготовке к работам, а также расчетную часть. Приведены основные расчетные соотношения.

Приведены краткие теоретические сведения и указания по выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника». Для студентов приборостроительных специальностей, выполняющих домашнее задание по курсам «Теоретические основы электротехники» и «Теория электрических цепей».

Рассмотрены типы волн и направляющих структур дискретного и непрерывного типов, в которых волны могут существовать. Показана связь телеграфных уравнений с уравнениями Максвелла. Подробно изучены распределения комплексных амплитуд тока и напряжения внутри непрерывной одномерной направляющей структуры (длинной линии) и ее частотные характеристики.

Рассмотрены основные методы расчета цепей постоянного тока. Приведены содержание, последовательность выполнения домашнего задания, а также требования к оформлению задания.

В учебном пособии кратко изложены методы анализа электрических цепей при синусоидальных и несинусоидальных периодических воздействиях. На конкретных примерах показаны особенности применения методов анализа и порядок расчета. Приведен анализ цепей, содержащих магнитосвязанные индуктивные элементы, а также рассмотрены резонансные явления в электрических цепях.

В пособии подробно рассмотрены наиболее часто встречающиеся случаи расчета и анализа нелинейных электрических цепей и приведены примеры решения типовых задач. Для студентов приборостроительных специальностей, изучающих вторую часть курса «Теоретические основы электротехники».

Изложены краткие теоретические положения. Рассмотрены методы анализа магнитных цепей с постоянными магнитными потоками. Приведены примеры применения методов анализа и порядок расчета.

Дана методика исследования опасности поражения человека током в трехфазной электрической сети. Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Рассмотрены вопросы надежности технических систем, связанные с методами повышения надежности путем восстановления и резервирования.

Описаны электромагнитные процессы в линейных электрических цепях. Теория и методы расчета, освоенные ранее в курсах ТОЭ, «Электротехника», «Основы электротехники» применяются для решения задачи формирования сложного сигнала управления на фоне высокочастотной помехи.

В пособии приведены решения типовых для теоретических основ электротехники задач, включающие временные и частотные методы анализа переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами; цепи с распределенными параметрами – длинные линии, а также задачи анализа цепей с нелинейными элементами. На ряде примеров показана эффективность использования численных методов анализа с использованием системы MathCAD.

В пособии рассмотрены основные положения теории линейных электрических цепей и их свойства. Приведены методы решения задач по следующим разделам: цепи постоянного тока, цепи однофазного синусоидального и трехфазного токов. Теоретический материал закрепляется примерами и контрольными заданиями с методическими указаниями по их выполнению с использованием программно-интегрированной среды Mathcad.

Рассмотрены вопросы компьютерного моделирования применительно к анализу процессов в высоковольтном электрооборудовании: линии электропередач, высоковольтные кабельные линии, высоковольтные аппараты электрических станций и подстанций. Также приведены примеры конечно-элементного моделирования перечисленных видов оборудования с использованием компьютерного комплекса Comsol Multiphysics.