Содержание курса соответствует программе Министерства высшего и среднего специального образования СССР по одноименной дисциплине.
В настоящей первой части рассмотрены основные свойства линейных электрических цепей, электромагнитные процессы в них и инженерные методы расчета, применяемые к широкому классу современных электротехнических устройств. Рассмотрены цепи однофазного, трехфазного и несинусоидального тока, четырехполюсники и электрические фильтры, цепи с распределенными параметрами, переходные процессы и синтез линейных электрических цепей. Каждая глава снабжена задачами и вопросами для самопроверки.
Книга предназначается для студентов электромеханических и радиотехничеоких специальностей, изучающих данную дисциплину с отрывом или без отрыва от производства.
ПРЕДИСЛОВИЕ
I- Настоящий учебник по курсу
^ «Теоретические основы электротех-^ НИКИ» (ТОЭ) предназначен для ^ студентов электромеханических и
& радиотехнических специальностей, к изучающих этот курс с отрывом или I без отрыва от производства. Он мо-% жет также служить руководством J"' для инженерно-технических работников, повышающих уровень теоре-'?,'. тических знаний.
Действующая в настоящее время -А программа курса ТОЭ, утвержден-: пая учебно-методическим управле-
нием по вузам МВиССО СССР I в 1960 г. для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений, определяет совокуп-'- ность вопросов, составляющих со-
держание курса. В программе оговорено, что порядок расположения в ней материала не предопределяет очередности изложения отдельных разделов курса. Курс ТОЭ должен читаться в соответствии с методикой, принятой кафедрой ТОЭ данного вуза, причем в зависимости от имеющихся специальностей и учебных планов института отдельные разделы программы могут излагаться более расширенно или более сжато; очередность разделов курса может варьироваться. Требуемая степень детализации изложения тех или иных вопросов устанавливается кафедрой ТОЭ по согласованию со специальными- кафедрами данного вуза.
Теоретические основы электротехники представляют собой непрерывно развивающуюся и обогащающуюся новыми сведениями дисциплину. По своему содержанию курс ТОЭ разделяется нд три явно выра-
женные части. Первая часть охва> тывает теорию линейных электрических цепей, вторая — теорию нелинейных цепей и третья — теорию электромагнитного поля. В связи с этим и учебник выпускается в трех частях, каждая из которых содержит соответственную часть курса.
Деление теории цепей по принципу линейности и нелинейности — естественный результат развития современной электротехники и смежных с ней отраслей знаний; оно продиктовано спецификой нелинейных задач и возросшим значением нелинейной электротехники в науке и технике. В программе курса ТОЭ специально отмечено, что теория нелинейных цепей выделена в самостоятельную часть в связи с исключительно большим значением нелинейных цепей во всех областях современной электротехники и в первую очередь — в автоматике, вычислительной технике, радиотехнике, электронике и измерительной технике.
Вместе с тем изучение нелинейных цепей после прохождения теории линейных электрических цепей согласуется и с принципом перехода от простого к сложному: нелинейные задачи, как правило, сложнее линейных и требуют предваритель-' ного знания теории линейных электрических цепей.
При решении вопроса о содержании и методике изло?кения отдельных разделов курса ТОЭ необходимо учитывать современный уровень физико-математической подготовки в средней и высшей школе. Первоначальные сведения по электричеству, магнетизму и их практи-
СОДЕРЖАНИЕ
предисловие............ 5
Условные обозначения........ 11
Приставки для дольных и кратных
единиц.............. 12
Основные электрические и магнитные
единицы измерения в системе СИ . 12
Введение............. 13
Глава первая. Основные законы, элементы и параметры электрических цепей........ 16
1-1. Электрическая цепь , . . . . 16 1-2. Положительные направления
тока и напряжения ... . . 16 1-3. Мгновенная мощность и энергия . ......... 18
1-4. Сопротивление...... . . 18
1-5. Индуктивность........ 19
1-6. Емкость........... 21
1-7. Замещение физических
устройств идеализированными
элементами цепи....... 23
1-8. Источник напряжения и источник тока..........26
1-9. Линейные электрические цепи . 27 1-10. Основные определения, относящиеся к электрической схеме 28 1-11. Вольт-амперная характеристика
участка цепи с источником . . 29 1-12. Распределение потенциала
вдоль цепи с сопротивлениями и источниками напряжения . , 30
1-13. Законы Кирхгофа....... 31
1-14. Задачи и вопросы для самопроверки............ 32
Глава вторая. Электрическая цепь однофазного синусоидального тока.............. 33
2-1. Синусоидальные электрические
величины........... 33
2-2. Генерирование синусоидальной
э. д. с............. 34
2-3. Среднее и действующее значения функции......... 36
2-4. Синусоидальный ток в сопротивлении ........... 37
2-5. Синусоидальный ток в индуктивности ........... 38
2-6. Синусоидальный ток в емкости 40 2-7. Последовальное соединение . . 41 2-8. Папаллельное соединение. .;. 43 2-9. Мо'цность в це.ти ::инусоидаль-
Honi тока .......... 45
2-10. Задач.! и вопросы для самопроверки ............ 47
Глава третья. Применение ком- ' плексных чисел и векторных диаграмм к оасчету электри-' ческих цепей........ . 48
3-1. Представление синусоидальных функций в виде проекций вращающихся векторов...... 48
3-2. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме....... 50
3-3. Зависимость между сопротивле ниями и проводимостями участка цепи.......... 55
8
3-4. Комплексная форма записи мощности ,........... 55
3-5. Условие передачи максимума активной мощности от источника к приемнику ....... 56
3-6. Условие передачи источником максимума мощности при заданном коэффициенте мощности •приемника.......... 57
3-7, Баланс мощностей ...... 58
3-8. Потенциальная (топографическая) диаграмма....... 58
3-9. Задачи и вопросы для самопроверки........... . 59
Глава четвертая. Преобразование схем электрических цепей . . 60
4-1. Последовательное и параллельное соединения........ 60
4-2. Смешанное соединение .... 62
4-3. Эквивалентные участки цепи с последовательным и параллельным соединениями ...... 63
4-4. Преобразование треугольника
в эквивалентную звезду .... 64
4-5. Преобразование звезды в экви-, валентный треугольник .^ . . . 65
4-6. Эквивалентные источники напряжения и тока....... 66
4-7. Преобразование схем с двумя
узлами............ 67
4-8. Перенос источников в схеме . 67
4-9. Преобразование симметричных
схем............. 69
4-10. Задачи и вопросы для самопроверки............ 70
Глава пятая. Резонанс в электрических цепях.......... 71
5-1. Резонансные цепи...... 71
5-2. Резонанс напряжений..... 72
5-3. Резонанс токов........ 76
5-4. Частотные характеристики
реактивных двухполюсников . 79 •Задачи и вопросы для самопроверки ............ 83
лава шестая. Геометрические места на комплексной плоскости
6-1. Графическое изображение зависимостей комплексных величин от параметра ......... 84
6-2., Преобразование вида Y = —^ • ^^
6:3. Диаграммы сопротивлений и про-водимостей простейших электрических цепей........ 86
6-4. Преобразование вида ^ АЛ-Bk "^--С+Щ- •"...... 89
6-5. Задачи и вопросы для самопроверки ........... 91
Глава седьмая. Методы расчета сложных электрических цепей 92
7-1. Применение законов Кирхгофа
для расчета сложных цепей . . 92
7-2. Метод контурных токов .... 94
7-3. Метод узловых напряжений . • 97 7-4. Метод наложения . . .... 99
7-5. Входные и передаточные проводимости и сопротивления . . 100 7-6. Теорема обратимости (или взаимности) ........ ... 102
7-7. Теорема компенсации.....103
7-8. Теорема об изменении токов в электрической цепи при изменении сопротивления в одной
ветви.............104
7-Э. Теорема об эквивалентном источнике ...........106
7-10. Применение матриц к расчету
электрических цепей ..... 109
7-11. Некоторые особенности расчета электрических цепей с емкостями ............110
7-12. Дуальные цепи ........ 111
7-13. Электромеханические аналогии ИЗ 7-14. Задачи и вопросы для самопроверки.............115
Глава восьмая. Индуктивно связанные электрические цепи .... 116
8-1. Основные положения и определения ............116
8-2. Полярности индуктивно связанных катушек; э. д. с. взаимной индукции........... 117
8-3. Комплексная форма расчета цепи с взаимной индукцией ... 119
8-4 Крэффициент индуктивной связи. Индуктивность рассеяния . 122
8-5. Уравнения и схемы замещения трансформатора без ферромагнитного сердечника......124
8-6. Энергия индуктивно связанных
обмоток...........127
8-7. Входное сопротивление трансформатора..........127
8-8. Автотрансформатор......129
8-9. Задачи и вопросы для самопроверки .............130
Глава девятая. Четырехполюсники 130
9-1. Основные определения и классификация четырехполюсников. . 130
9-2. Системы уравнений четырехполюсника ...........133
9-3. Уравнения четырехполюсника
в форме II Л II.........135
9-4. Параметры холостого хода и короткого замыкания ..... 136
9-5. Схемы замещения четырехполюсника ..........136
9-6. Входное сопротивление четырехполюсника при произвольной нагрузке...........138
9-7. Характеристические параметры
четырехполюсника......139
9-8. Вносимое затухание четырехполюсника ..........142
9-9. Передаточная функция .... 143 9-10. Каскадное соединение четырехполюсников, основанное на согласовании характеристических
сопротивлений ........ 144
9-11. Уравнения сложных четырехполюсников в матричной форме . 165
9-12. Одноэлементные четырехпо
люсяики........ . , . . 147
9-13. Г-образный четырехполюсник . 148 9-14. Т-образный и П-образный четырехполюсники . ........ 149
9-15. Симметричный мостовой четырехполюсник .........149
9-16. Обратная связь....... . 150
9-17. Задачи и вопросы для самопроверки >............151
'^лава десятая. Электрические
фильтры............151
10-1. Основные определения и классификация электрических фильтров .............151
10-2. Условие пропускания реактивного фидьтрд.........152
10-3. Фильтры типа k ...... . 156
10-4. Фильтры типа т.......160
10-5. Индуктивно связанные контуры как фильтрующая система........... . 164
10-6. Мостовые фильтры. Пьезоэлектрические резонаторы . . 165 10-7. Безындукционные фильтры . . 167 10-8. Задачи и вопросы для самопроверки .......... 169
'^лава одиннадцатая. Цепи с распределенными параметрами. . 170
11-1. Первичные параметры однородной линии..........170
11-2. Дифференциальные уравнения
однородной линаи......171
11-3. Синусоидальный режим в однородной линии...... . 172
11-4. Вторичные параметры однородной линии..........177
11-5. Линия без искажений .... 180
11-6. Линия без потерь......182
11-7. Режимы работы линии без потерь. Стоячие волны.....183
11-8. Входное сопротивление ^динии 186 11-9. Линий как элемент резонансной цепи..........189
11-10. Искусственные линии.....189
11-11. Задачи и вопросы 'для самопроверки.......... 190
Глава двенадцатая. Цепи трехфазного тока ............191
12-1. Трехфазные электрические цепи..............191
12-2. Соединение звездой и треугольником ............192
12-3. Симметричный режим работы
трехфазной цепи.......194
12-4. Несимметричный режим работы
трехфазной цепи.......197
12-5. Мощность несимметричной
трехфазной цепи......,. 199
12-6. Вращающееся магнитное поле 201
12-7. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей . 204
12-8. Метод симметричных составляющих............205
12-9. Поперечная несимметрия . . . 206 12-10. Продольная несимметрия . . . 209 12-11. Фильтры симметричных составляющих........ . i . 210
12-12. Задачи н вопросы для самопроверки..........213
Глава транадцатая. Цепи периодического несинусоидального тока..............214
13-1. Тригонометрическая форма ряда Фурье..........214
13-2. Случаи симметрии......217
13-3. Перенос начала отсчета . . . 220 13-4. Комплексная форма ряда Фурье 220 13-5. Применение ряда Фурье к расчету периодического несинусоидального процесса.....221
13-6. Действующее и среднее значения периодической несинусоидальной функции.......223
13-7. Мощность в цепи периодического несинусоидального тока 224 13-8. Коэффициенты, характеризующие периодические несинусоидальные функции ..... 225 13-9. Высшие гармоники в трехфазных электрических цепях . . 226 13-10. Задачи и вопросы для самопроверки ..........227
Глава четырнадцатая. Переходные процессы в электрических цепях. Классический метод расчета ..............228
14-1. Возникновение переходных
процессов........'. . 228
14-2. Законы коммутации и начальные условия.........229
14-3. Принужденный и свободный
режимы...........231
14-4. Переходныйпроцес в цепи/-, L 233
14-5. Переходный процесс в цепи г, С 236
14-6. Переходный процесс в цепи
г, L, С...........239
14-7. Расчет переходного процесса в
разветвленной цепи ..... 243
14-8. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами .............247
14-9. Задачи и вопросы для самопроверки ..........250
Глава пятнадцатая. Применение преобразования Лапласа к расчету переходных процессов . . 251
15-1. Общие сведения.......251
15-2. Прямое преобразование Лапласа. Оригинал и изображение 252
15-3. Изображения некоторых простейших функций......253
15-4. Основные свойства преобразования Лапласа........254
15-5. Нахождение оригинала по изображению с помощью обратного преобразования Лапласа . . 258
15-6, Теорема разложения.....259
15-7. Таблицы оригиналов н изображений ............261
15-8. Применение преобразования Лапласа к решению дифференциальных уравнений электрических цепей..... .... 262
15-9. Учет ненулевых начальных условий методом эквивалентного источника.......... 267
15-10. Формулы включения ..... 270
15-11. Расчет переходного процесса с
помощью формул наложения . 270
15-12. Нахождение в замкнутой форме установившейся реакции цепи на периодическую несинусоидальную воздействующую функцию.......... 273
15-13. Исследование переходных процессов в цепях с распределен нымн параметрами с помощью преобразования Лапласа . . . 276
15-14. Задачи и вопросы для самопроверки ..........277
Глава шестнадцатая. Применение преобразования Фурье к расчету переходных процессов . . 278
16-1. Преобразование Фурье как частный случай преобразования Лапласа.........278
16-2. Спектральная характеристика 279
16-3. Переходный процесс в двухполюснике ..........285
16-4. Переходный процесс в четырехполюснике ........286
16-5. Задачи и вопросы для самопроверки ............288
Глава семнадцатая. Синтез линейных электрических цепей . . . 288
17-1. Характеристика задач синтеза 288
17-2, Исследование двухполюсника
при комплексной частоте . . 289
17-3. Сопротивление и проводимость как положительная действительная функция......292
17-4. Условия физической реализуе*
мости функции.......294
17-5. Методы построения двухполюсника по заданной частотной характеристике ..... 295
17-6. Исследование четырехполюсника при комплексной частоте . 299
17-7. Задачи и вопросы для самопроверки..........301
Приложения............
I. Соотношения между коэффициентами четырехполюсника .... 302
II. Определители, выраженные через коэффициенты четырехполюсника 303
III. Оригиналы и изображения по Лапласу ........ ..... 304
Литература............. 305
Алфавитный указатель........306
Цена: 150руб.
