Содержание курса соответствует программе, утвержденной министерством по дисциплине того же наименования.
Курс состоит из двух частей: ч. I—«Основы теории цепей», написанной П. А. Ионкиным, Н. А. Мельниковым, А. И. Даревским и Е. С. Кухаркиным, и ч. II — «Основы теории электромагнитного поля», написанной А. И. Даревским и Е. С. Кухаркиным.
В первой части рассмотрены явления в цепях постоянного и переменного токов и изложены методы расчета этих цепей. Книга снабжена большим количеством примеров и вопросами для самопроверки.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данный учебник состоит из двух частей и издается в двух книгах: ч. I — «Основы теории цепей» и ч. II —-«Основы теории электромагнитного поля».
Изложение первой части курса теоретических основ электротехники начинается с общей физической характеристики типовых электротехнических задач и их идеализации. Поэтому первые три главы содержат материал, известный в основном из физики, но приспособленный к постановке задач электротехники. Этот материал должен помочь студентам не только повторить и -закрепить знания, полученные при изучении физики, но и понять принятую систематизацию задач электротехники по характеру исследуемых явлений и процессов, в соответствии с, которой изложен весь последующий материал курса теоретических основ электротехники.
После изучения первого раздела более четкими должны представляться задачи, рассмотренные в последующих главах курса; более ясными должны быть принимаемые ограничения и возможные случаи их применения при решении практических электротехнических задач.
Однако при полном согласовании курса физики и требований курса теоретических основ электротехники первый раздел может не изучаться студентами.
Изложение материала основной части курса начинается с установившихся рабочих режимов цепей постоянного т0ка, в которых явления оказываются наиболее простыми. Большое внимание уделено практическим методам расчета рабочих режимов сложных электрических цепей, причем, наряду с классическими методами приведены и различные упрощенные и приближенные способы, которые позволяют ускорить и облегчить выполнение расчетов. Последующее применение изученных на простом материале методов расчета для исследования установившихся режимов в линейных цепях с синусоидальными и несинусоидальными токами и напряжениями приводит лишь к изучению особенностей цепей, связанных с применением уже известных методов решения.
Несколько подробнее изложен материал, касающийся электрических цепей с взаимными индуктивностями и элементами трансформации. В частности, показана возможность применения дуальных схем, что позволяет выполнять соответствующие расчеты схем, обладающих свойством взаимности, без примене-
В упрощенном виде изложены методы расчета цепочечных схем и цепей с распределенными параметрами при установившемся режиме.
Отдельная глава посвящена общим вопросам моделирования цепей и применения вычислительных машин для расчета рабочих, режимов сложных цепей при установившихся процессах. Обращено внимание на применение и определение обобщенных параметров электрических схем. В частности, даны некоторые сведения о многополюсниках.
Рассмотрены также особенности совместного расчета взаимно связанных электрических и магнитных цепей. Несколько расширен материал по несимметричным трехфазным цепям.
В соответствии с современными тенденциями в области анализа сложных цепей, в книге'показана возможность применения алгебры' матриц.
Вторая часть учебника, кроме вопросов, предусмотренных программой курса, содержит решение задач Сирла для цилиндрической поверхности раздела двух сред, а также применение теории комплексного потенциала для расчета полей на основе формулы Келдыша — Седова. Кроме того, в эту часть курса включены вопросы приближенного расчета поверхностного эффекта и эффекта близости, а также рассмотрены плоские волны в гиромагнитных средах.
Обе книги снабжены большим количеством числовых примеров, которые сочетаются с излагаемым текстом и органически с ним увязаны.
Работа между авторами по написанию первой части распределялась следующим образом: Введение, гл. 1,2,4-=-13,15, •§ 19.1ч-19.5, 20.11 и Приложение 1 написаны проф. П. А. Ион-киным и проф. Н. А. Мельниковым; гл. 3 — проф. А. А. Соколовым; гл. 14 и § 19.12, 19.13 — доц. А. И. Даревским и проф. П. А. Ионкиным; гл. 16,17 и § 19.6, 19.7 —доц. А. И. Даревским; гл. 18 и Приложение 2 — доц. Е. С. Кухаркиным; § 19.8-н -г-19.11 и гл. 20 (за исключением § 20.11)^-проф. П. А. Ионкиным и доц. В. И. Константиновым.
Общее редактирование обеих книг выполнено проф. П. А. Ионкиным.
Авторы выражают благодарность всем лицам, участвовавшим в обсуждении содержания рукописи учебного пособия, и в особенности коллективу кафедры теоретических основ электротехники Киевского института Гражданского воздушного флота, руководимой чл.-корр. АН УССР Г. Е. Пуховым, и проф. В. В. Ясинскому, тщательно просмотревшим рукопись книги и сделавшим много весьма полезных замечаний.
Авторы будут благодарны читателям, которые пришлют свои замечания и отзывы на данный учебник по адресу: Москва, И-51, ул. Неглинная д. 29\14, издательство «Высшая школа».
Авторы
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ........................... 3
Введение........................... 5
Раздел первый
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Глава I. Электрические и магнитные поля и цепи при постоянных токах и напряжениях................... . 11
§ 1.1 Основные величины и соотношения, характеризующие электрическое поле................:...... И
§ 1.2 Энергия электрического поля и емкость системы двух проводников .........................15
$ 1.3. Схематическое изображение электрической цепи с конденсатором ..........................18
§ 1.4. Основные величины и соотношения, характеризующие магнитное поле........................21
§ 1.5. Энергия магнитного поля и индуктивность цепи .... 25
§ 1.6. Схематическое изображение электрической цепи .....28-
§ 1.7. Энергетические соотношения в электрической цепи .... 34
/лава П. Электрические и магнитные поля и цепи при изменяющихся
токах и напряжениях ...................43>
§ 2.1. Явления электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимной индукции . . . . '.................43
§ 2.2. Переходные процессы в цепи с конденсатором; соотношения
между векторами Ё, D и Р ...............48
§ 2.3. Интегральное представление переходного процесса в цепи с
конденсатором......................52.
§ 2.4. Переходные процессы в цепи с катушкой; соотношения
между векторами В, J и Н................5Т
72?
§ 2.5. Интегральное представление переходного процесса в цепи
с катушкой........................ 60
§ 2.6. Цепь переменного тока малой протяженности....... 65
§ 2.7. Цепь переменного тока большой протяженности...... 70
§ 2.8. Излучение энергии.................... 77
Глава III, Основные понятия об электронных и полупроводниковых
приборах ......................... 81
§ 3.1. Свойства электронных приборов и их работа в схемах , . 81
§ 3.2. Электронные лампы.................... 82
§ 3.3. Ионные приборы..................... 87
§ 3.4. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.......... 89
§ 3.5. Полупроводниковые приборы............... 90
§ 3.6. Термосопротивления................... 95
§ 3.7. Полупроводниковые болометры.....-......... 96
§ 3.8. Фотосопротивления.................... 97
§ 3.9. Вентильные фотоэлементы................ . 99
§ 3.10. Термогенераторы..................... 100
Раздел второй
СВОЙСТВА ЦЕПЕЙ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
Глава IV. Уравнения состояния, общие свойства и основные методы
расчета электрических цепей............... 103
§ 4.1. Схемы соединений и схемы замещения электрических цепей 103
§ 4.2. Параметры схем замещения................ 105
§ 4.3. Различные виды соединений элементов электрических схем 111
§ 4.4. Уравнения Кирхгофа..............; .... 113
§ 4.5. Уравнения контурных токов................ 118
§ 4.6. Уравнения узловых потенциалов ............. 122
§ 4.7. Изменение масштабов и применение относительных единиц 126
§ 4.8. Задачи расчета электрических цепей............ 128
§ 4.9. Алгебраические методы решения уравнений состояния ... 129
§ 4.10. Применение уравнений Кирхгофа . . "5.......... 131
§ 4.11. Метод узловых потенциалов................ 132
§ 4.12. Метод контурных токов.................. 133
§ 4.13. Баланс мощностей.................... . 137
§ 4.14. Принцип наложения.................... 139
§ 4.15. Свойство взаимности ................... 143
§ 4.16. Условия эквивалентности и подобие электрических цепей . 145
§ 4.17. Основные особенности электрических цепей........ 146
Глава V. Упрощенные способы расчета линейных электрических цепей 152
§ 5.1. Симметричные схемы.................... 152
§ 5.2. Применение пропорциональных соотношений для расчета
цепей...........................157
§ 5.3. Применение принципа наложения.............159
§ 5.4. Общие замечания о преобразовании схем.........164
§ 5.5. Преобразование схем с уменьшением числа узлов.....166
§ 5.6. Преобразование схем с уменьшением числа контуров ... 171
§ 5.7. Дуальность электрических цепей.............175
§ 5.8. Некоторые замечания об эквивалентных схемах......181
§ 5.9. Применение метода последовательных приближений (метода
итераций).........................182
§ 5.10. Применение принципа дуальности схем..........188
Глава VI. Многополюсники и цепочечные схемы...........192
§ 6.1. Определения и графические изображения . . <......192
§ 6.2. Уравнения состояния многополюсников.....: .... 193
§ 6.3. Уравнения многополюсника в матричной форме......200
§ 6.4. Схемы замещения многополюсников............202
§ 6.5. Активный двухполюсник .................204
§ 6.6. Схемы, состоящие из многополюсников..........207
§ 6.7. Экстремальные режимы..................212
§ 6.8. Цепочечные схемы ....................214
§ 6.9. Цепи с равномерно распределенными параметрами.....221
Глава VII. Нелинейные цепи........1............228
§ 7.1. Характерные нелинейности и графическое представление характеристик........................228
§ 7.2. Графический способ расчета неразветвленных цепей с линейными и нелинейными элементами.............231
§ 7.3. Графический способ расчета цепей с параллельным соединением линейных и нелинейных элементов..........233
§ 7.4. Графический способ расчета цепей с последовательно-параллельным соединением нелинейных и линейных элементов 235
§ 7.5. Графический способ расчета разветвленных электрических
цепей с нелинейными элементами.............237
§ 7.6. Графоаналитические способы расчета цепей с линейными и
нелинейными элементами...................241
§ 7.7. Расчет разветвленных нелинейных цепей итерационным методом; понятие о нелинейных многополюсниках......247
§ 7.8. Некоторые особенности решения нелинейных задач .... 256
§ 7.9. Уравнения состояния для магнитных цепей и аналогия с
электрическими цепями .................. 259
§ 7.10. Графические методы расчета неразветвленных и разветвленных магнитных цепей...................263
§ 7.11. Расчет магнитной цепи кольцевого постоянного магнита с воздушным зазором......................268
§ 7.12. Некоторые замечания о расчете электрических и магнитных
цепей с -учетом их взаимного влияния...........271
729
Глава VIII. Применение моделей и вычислительных машин.....274
§ 8.1. Некоторые замечания о механизации расчетов электрических цепей.........................274
§ 8.2. Метод непосредственных измерений.............275
§ 8.3. Определение коэффициентов уравнений состояния с помощью
модели ..........................276
§ 8.4. Моделирование схем с заданными обобщенными параметрами 278 § 8.5. Применение коэффициентов распределения задающих токов
для расчета цепей.....................279
§ 8.6. Применение входных узловых сопротивлений для расчета
цепей ...........................282
§ 8.7. Определение параметров многополюсников.........285
§ 8.8. Возможности применения вычислительных машин......288
Раздел третий
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ ЦЕПЕЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ
Глава IX. Основные определения и понятия, применяемые при изучении цепей переменного тока................290
§ 9.1. Аналитическое определение и графическое изображение синусоидально (гармонически) изменяющихся величин ..... 290
§ 9.2. Некоторые понятия о схемах замещения..........301
§ 9.3. Простейшие элементы цепей переменного тока ........ 304
§ 9.4. Энергетические процессы в цепи переменного тока.....312
§ 9.5. Взаимная индуктивность..................316
§ 9.6. Трансформация......................324
Глава X. Основы расчета цепей при синусоидальных токах и напряжениях............. . .'...........328
§ ЮЛ.^.'Катушка с постоянной индуктивностью и постоянным активным сопротивлением в цепи синусоидального тока . . . 328 § 10.2. Параллельное соединение индуктивности и активного сопротивления ........................-. 333
§ 10.3.\ Неразветвленная цепь с емкостью и активным сопротивлением 334 § 10.4. Конденсатор с реальным диэлектриком в цепи переменного
тока...........................339
§ 10.5. Неразветвленная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью....... ...........340
§ 10.6. "'Резонанс напряжений...................344
§ 10.7. Последовательное соединение п пассивных элементов .... 348 § 10.8. Параллельное соединение активного сопротивления, индуктивности и емкости....................351
§ 10.9. Резонанс токов......................352
S 10.10. Параллельное соединение п пассивных элементов.....356
§ 10.11. Сопоставление энергетических процессов в эквивалентных
схемах..........................359
§ 10.12. Уравнения состояния . ;.................362 '
§ 10.13. Свойства цепей переменного тока.............364
§ 10.14. Векторные топографические диаграммы..........366
Глава XI. Методы расчета линейных электрических цепей.......371
§ 11.1. Основные аналитические методы расчета..........371
§ 11.2. Особенности рабочих режимов и упрощенные методы расчета цепей переменного тока ................377
§ 11.3. Эквивалентные схемы и энергетические соотношения для цепей с взаимной индуктивностью..............385
§ 11.4. Четырехполюсники (трехполюсники) в цепи переменного тока 392
§ 11.5. Приближенные методы расчета...............398
§ 11.6. Замечания о применении моделей и вычислительных машин 407 § 11.7. Линейные и круговые диаграммы.............411
Глава XII. Многофазные цепи....................423
§ 12.1. Основные определения...................423
§ 12.2. Мощность в многофазных цепях..............429
§ 12.3. Симметричная трехфазная система.............431
§ 12.4. Трансформация в трехфазных системах ..........434
§ 12.5. Вращающееся магнитное поле...............436
§ 12.6. Взаимная индуктивность и емкость в многопроводных системах многофазных цепей ..................440
§ 12.7. Методы расчета симметричных многофазных цепей ..... 442 § 12.8. Примеры расчета несимметричных многофазных цепей . . . 446 § 12.9. Измерение мощности в трехфазных цепях.........455
Глава XIII. Несимметричные режимы и метод симметричных составляющих....................... 459-
§ 13.1. Основные понятия о симметричных составляющих трехфазных
величин..........................459*
§ 13.2. Параметры для схем замещения разных последовательностей трехфазных цепей...................465
§ 13.3. Выражение мощности при несимметричных режимах через
симметричные составляющие................468
§ 13.4. Методы расчета несимметричных режимов при заданных граничных условиях .....................471
§ 13.5. Методы расчетов режимов несимметричных многофазных цепей ............................473:
§ 13.6. Преобразование трехфазной системы координат ......478
Глава XIV. Электрические фильтры; цепи с распределенными параметрами......................... 481
§ 14.1. Характеристическое сопротивление и коэффициент передачи
симметричного четырехполюсника .............481
7.41
§ 14.2. Симметричная однородная цепочечная схема........484
§ 14.3. Электрические фильтры..................485
§ 14.4. Цепи с распределенными параметрами...........493
§ 14.5. Линия без потерь; стоячие волны .............503
Глава XV. Цепи с несинусоидальными токами и напряжениями .... 509
§ 15.1-. Гармонический анализ и разложение функций.......509
§ 15.2. Применение разложения на гармоники для расчета несинусоидальных режимов в линейных цепях..........515
§ 15.3. Особенности несинусоидальных режимов.........516
§ 15.4. Действующие значения несинусоидальных токов и напряжений; коэффициенты, характеризующие форму кривой . . 519 § 15.5. Мощность при несинусоидальных токах и напряжениях . . 521 § 15.6. Влияние индуктивности и емкости на форму кривых тока
и напряжения...................... 523
§ 15.7. Несинусоидальные режимы в симметричных многофазных
цепях...........................524
Раздел четвертый
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ И МЕТОДЫ ИХ
РАСЧЕТА
Глава XVI. Классический метод расчета переходных процессов с сосредоточенными параметрами................528
§ 16.1. Общие вопросы и закон коммутации...........528
§ 16.2. Классический метод расчета переходных процессов .... 530 § 16.3. Определение принужденных составляющих в цепях с постоянными или синусоидальными э.д.с............—
§ 16.4. Определение свободных составляющих..........532
§ 16.5. Составление характеристического уравнения.......—
§ 16.6. Начальные условия; определение начальных значений токов
и их производных ....................534
§ 16.7. Последовательность расчета переходных процессов .... 538
- § 16.8. Свободный процесс в цепи с индуктивностью.......539
§ 16.9. Включение индуктивной цепи на постоянное напряжение 541 § 16.10. Включение индуктивной цепи на синусоидальное напряжение ...........................543
§ 16.11. Свободный процесс в контуре, содержащем емкость и сопротивление .........................544
§ 16.12. Включение цепи, содержащей емкость и сопротивление, на
постоянное напряжение..................546
§ 16.13. Включение цепи, содержащей емкость и сопротивление, на
синусоидальное напряжение................547
§ 16.14. Разряд конденсатора на индуктивность и сопоставление . . 549
Глава XVII. Операторный метод расчета переходных процессов; элементы
синтеза цепей......................554
§ 17.1. Краткие математические сведения.............554
§ 17.2. Законы Кирхгофа в операторной форме..........556
§ 17.3. Приведение цепи к нулевым начальным условиям.....559
§ 17.4. Формула (интеграл) Дюамеля...............561
§ 17.5. Включение прямоугольного импульса...........564
§ 17.6. Определение принужденного периодического несинусоидального тока в замкнутой форме (без разложения в ряд Фурье) — § 17.7. Элементарный прямоугольный импульс; включение произвольного напряжения...................569
§ 17.8. О применении интеграла Фурье.............. 572
§ 17.9. Элементы синтеза электрических цепей..........576
Глава XVIII. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами ........................583
§ 18.1. Общий характер переходных процессов в цепях с распределенными параметрами...................583
§ 18.2. Расчет напряжения падающей волны...........588
§ 18.3. Ток и напряжение в конце линии . . '.........592
§ 18.4. Расчет напряжения отраженной волны.....' . . . . 595'
§ 18.5. Переход волн с одной линии на другую.........601
§ 18.6. Переход волн с одной линии на другие через сосредоточенный четырехполюсник...................607
§ 18,7. Волны в линиях при включении новых ветвей......612
§ 18.8. Волны в линиях при отключении ветвей . ........619
Раздел пятый
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ
Глава XIX. Установившиеся процессы в цепях с нелинейными элементами и методы их расчета ................... 623
§ 19.1. Нелинейные элементы и виды нелинейности........623
§ 19.2. Вольтамперные характеристики.............. 629
§ 19.3. Некоторые замечания о методах расчета нелинейных цепей 633 § 19.4. Некоторые замечания об устойчивости рабочего режима в
нелинейных цепях....................640
§ 19.5. Резонансные явления в нелинейных цепях....... . 641
§ 19.6. Векторная диаграмма и эквивалентная схема катушки со
стальным сердечником ......'............646
§ 19.7. Векторная диаграмма и эквивалентная схема трансформатора со стальным сердечником..............649
§ 19.8. Утроители частоты....................652
§ 19.9. Нелинейная индуктивная катушка в цепи переменного
Цена: 300руб.
