Электротехника

В первой части учебного пособия рассматриваются физические основы волоконной оптики. Объясняется физический принцип распространения оптического излучения в волоконных световодах. Описываются конструкция и структурные параметры наиболее типичных кварцевых волокон. Излагаются основы волновой теории распространения излучения в волоконных световодах. В рамках этой теории устанавливаются зависимости волноводных свойств от структурных параметров волокна и частоты (длины волны) излучения. Дается феноменологическое и математическое описание основных физических явлений, приводящих к искажению оптических сигналов при распространении в оптическом волокне, а именно дисперсии света и оптических потерь. Указываются способы их учета и минимизации. В пособии выводятся формулы, позволяющие самостоятельно рассчитывать различные характеристики оптических волокон. Для сравнения приводятся параметры наиболее распространенных коммерческих телекоммуникационных волокон.

Рассмотрены вопросы параллельной работы электрических систем. Приведено описание некоторых крупных системных аварий. Отражены особенности протекания электромеханического переходного процесса в электроэнергетической системе. Разобраны угловые характеристики мощности генераторов, статические характеристики асинхронных двигателей и комплексной нагрузки. Изложены основные методы анализа устойчивости электроэнергетических систем. Рассмотрен асинхронный режим. Даны сведения по противоаварийной автоматике, применяемой в современных условиях. Материал сопровождается достаточно объемными примерами.

Изложены матричные модели идеального и реального диодов с приоткрыванием p–n-перехода, а также методы автоматизированного синтеза согласующее-фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты. Рассмотрено необходимое программное обеспечение для их проектирования на персональных ЭВМ.

Учебное пособие содержит изложение вопросов преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях. Эти вопросы составляют часть курса «Радиотехнические цепи и сигналы». Для студентов радиотехнических специальностей факультета радиотехники и электроники и других факультетов, где теория радиотехнических цепей и сигналов изучается как важнейшая составная часть соответствующих курсов.

Настоящее пособие входит в состав учебно-методического комплекса по курсу «Основы цифровой аудио- и видеотехники», разработанного для студентов НГТУ, обучающихся по специальностям 210302 – Радиотехника и 210402 – Средства связи с подвижными объектами. Рассмотрены принципы работы и схемотехнические решения для цифровых устройств, используемых для обработки аудио- и видеосигналов. Описаны цифровые стандарты для передачи аудиосигналов, а также характеристики и параметры цифровых телевизионных стандартов. Изложены методы модуляции, применяемые в цифровом телевидении. Пособие может быть использовано при мультимедийной форме чтения лекций, при выполнении расчетно-графических заданий и подготовке к лабораторным работам.

Во второй части настоящего учебного пособия излагаются принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями с искусственной коммутацией (на примере автономных инверторов напряжения), способы микропроцессорной реализации алгоритмов управления указанными преобразователями, а также основы реализации цифровых регуляторов.

Приведены теоретические основы магнитных свойств, классификация и маркировка магнитомягких материалов. Описаны конструкция и работа лабораторного стенда для исследования кривой намагничивания и петли гистерезиса магнитомягких материалов.

Приведены положения теории, необходимые для расчета электромагнитных процессов и выбора параметров электрических машин, предназначенных для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током.

В пособии кратко изложены основные представления о технологических методах и процессах, используемых в производстве основных материалов микроэлектроники. Рассмотрены физические явления и равновесные закономерности, лежащие в основе управления фазовыми и химическими превращениями веществ.

Пособие содержит описание 8 лабораторных и учебно-исследовательских работ по преобразованию сигналов в нелинейных радиотехнических цепях (нелинейное резонансное усиление, умножение частоты, модуляция, детектирование, генерирование).

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.