Алехин электротехника

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................

3

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ .............................................

4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ............................................................................

4

1.1. Задачи дисциплины «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» .........................................

4

1.2. Основные понятия электротехники .........................................................

6

1.3. Алфавит электрических цепей..................................................................

7

1.4. Зависимые (управляемые) активные элементы ....................................

13

1.5. Модели реальных электронных компонентов ......................................

14

1.6. Нелинейные элементы электрических цепей........................................

17

1.7. Классификация электрических цепей ....................................................

18

1.8. Основные топологические понятия и соотношения ............................

19

1.9. Основные законы электрических цепей ................................................

21

1.10. Виды сигналов ........................................................................................

23

1.11. Принцип суперпозиции в линейной цепи ...........................................

26

1.12. Контрольные вопросы ...........................................................................

29

Глава 2. ОСНОВНЫЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ .............................

31

РАСЧЕТА ЦЕПЕЙ ..........................................................................................

31

2.1. Составление уравнений на основании законов Кирхгофа...................

31

2.2. Метод контурных токов (МКТ) ..............................................................

32

2.3. Метод узловых напряжений (МУН).......................................................

36

2.4. Метод двух узлов .....................................................................................

39

2.5. Контрольные вопросы .............................................................................

40

Глава 3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ .................................

41

3.1. Принцип наложения.................................................................................

41

3.2. Теорема взаимности (теорема обратимости) ........................................

42

3.3. Входные и взаимные проводимости и сопротивления ветвей ............

43

3.4. Связь между входными и взаимными проводимостями......................

44

3.5. Теорема о компенсации ...........................................................................

45

3.6. Теорема об эквивалентном генераторе ..................................................

46

3.7. Передача энергии от активного двухполюсника к нагрузке, ............. 47

согласование нагрузки с генератором...........................................................

47

3.8. Контрольные вопросы .............................................................................

51

Глава 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ .....................

52

4.1. Преобразование пассивных цепей..........................................................

52

4.2. Преобразование активных цепей............................................................

57

4.3. Правило переноса источника напряжения через узел..........................

60

4.4. Правило размножения источников тока ................................................

60

4.5. Контрольные вопросы .............................................................................

62

Глава 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ ................

63

ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ .........................................................................

63

5.1. Гармонические сигналы и их характеристики......................................

63

5.2. Оператор поворота ...................................................................................

64

5.3. Символическое представление гармонической функции ....................

64

5.4. Формы записи комплексной амплитуды (КА) ......................................

66

5.5. Сложение гармонических функций одной частоты .............................

68

5.6. Гармонический ток и напряжение в резисторе.....................................

68

5.7. Гармонический ток и напряжение в индуктивности............................

70

5.8. Гармонический ток и напряжение в емкости........................................

71

5.9. Комплексное сопротивление цепи .........................................................

73

5.10. Символический метод расчёта..............................................................

76

5.11. Векторная диаграмма тока и напряжения ...........................................

77

в неразветвлённой цепи ..................................................................................

77

5.12. Резонанс напряжений ............................................................................

78

5.13. Расчёт напряжения и токов при параллельном...................................

80

соединении R,L,C ............................................................................................

80

5.14. Переход от сопротивления к проводимости .......................................

82

5.15. Резонансом токов ...................................................................................

83

5.16. Основные законы цепей в символической форме ..............................

84

5.17. Порядок расчета цепи символическим методом ................................

85

5.18. Топографические диаграммы ...............................................................

86

5.19. Энергетические соотношения в цепях переменного тока. ................

87

Мгновенная и средняя мощность ..................................................................

87

5.20. Действующие значения токов и напряжения......................................

88

5.21. Активная, реактивная и полная мощность ..........................................

90

5.22. Расчёт мощности в комплексной форме..............................................

91

5.23. Баланс мощностей..................................................................................

91

5.24. Согласование источников энергии с нагрузкой в цепи .....................

93

гармонического тока ......................................................................................

93

5.25. Повышение коэффициента мощности .................................................

94

5.26. Примеры расчета цепей гармонического тока....................................

95

5.27. Контрольные вопросы .........................................................................

102

Глава 6. ЦЕПИ С ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИЕЙ .........................................

105

6.1. Определение взаимной индукции и взаимной ....................................

105

индуктивности ...............................................................................................

105

6.2. Согласное и встречное включение катушек........................................

107

6.3. Комплексное сопротивление взаимной индуктивности ...................

109

6.4. Экспериментальное определение одноимённых зажимов ................

110

6.5. Коэффициент взаимной связи...............................................................

110

6.6. Последовательное соединение магнитно-связанных .........................

111

катушек...........................................................................................................

111

6.7. Линейный трансформатор.....................................................................

112

6.8. Коэффициенты трансформации............................................................

113

6.9. Совершенный трансформатор ..............................................................

113

6.10. Идеальный трансформатор .................................................................

115

6.11. Согласующие свойства трансформатора...........................................

115

6.12. Схема замещения воздушного трансформатора ...............................

116

6.13. Развязка магнитно-связанных цепей..................................................

117

6.14. Расчёт сложных цепей, содержащих взаимные ................................

118

индуктивности ...............................................................................................

118

6.15. Примеры расчета цепей с взаимными индуктивностями ................

120

6.16. Контрольные вопросы .........................................................................

127

Глава 7. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ...........................................................

128

7.1. Определение и применение колебательных цепей.............................

128

7.2. Комплексные передаточные функции колебательной цепи..............

128

7.3.1. Последовательный колебательный контур ......................................

130

7.3.2. Резонанс напряжений .........................................................................

131

7.3.3. Обобщенные частотные характеристики тока .................................

133

в последовательном контуре........................................................................

133

7.3.4. Абсолютная и относительная расстройка ........................................

134

7.3.5. Полоса пропускания последовательного контура ...........................

136

7.3.6. Влияние добротности контура на избирательность ........................

136

7.3.7 Передаточные функции по напряжению ...........................................

139

7.3.8. Влияние нагрузки на избирательные свойства контура .................

140

7.4. Параллельный колебательный контур .................................................

142

7.4.1. Обобщенная схема параллельного контура .....................................

142

7.4.2. Расчетные соотношения в параллельном контуре ..........................

142

7.4.3. Амплитудно-частотные характеристики параллельного................

144

контура ...........................................................................................................

144

7.4.4. Согласование параллельного конутра с генератором .....................

146

7.5. Связанные колебательные контуры .....................................................

146

7.5.1. Расчет АЧХ связанных контуров в Mathcad ....................................

147

7.5.2. Моделирование связанных контуров................................................

148

7.6. Контрольные вопросы ...........................................................................

150

Глава 8. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ.............................................................

152

8.1. Определение четырехполюсника .........................................................

152

8.2. Классификация четырехполюсников ...................................................

152

8.3. Основные уравнения и параметры четырехполюсников ...................

153

8.4. Система Y-параметров ..........................................................................

153

8.5. Система Z –параметров .........................................................................

154

8.6. Система А – параметров........................................................................

156

8.7. Система В-параметров...........................................................................

158

8.8. Система H-параметров ..........................................................................

159

8.9. Входное сопротивление четырехполюсника ......................................

159

8.10. Параметры холостого хода и короткого замыкания ........................

161

8.11. Вычисление А-параметров через параметры холостого хода и......

162

8.12. Схемы замещения четырехполюсника ..............................................

162

8.13. Соединения четырехполюсников .......................................................

164

8.14. Расчет А - параметров простых четырехполюсников ........................

166

8.15. Характеристические сопротивления ..................................................

169

8 .16. Характеристическая постоянная передачи ........................................

170

8.17. Уравнения четырехполюсника в гиперболической форме ..............

172

8.18. Каскадное соединение согласованных четырехполюсников ..........

173

8.19. Комплексные передаточные функции четырехполюсника .............

175

8 .20. Примеры расчета четырехполюсников ..............................................

176

Контрольные вопросы ..................................................................................

184

Глава 9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ....................................................

185

9.1. Определения и классификация фильтров ............................................

185

9.2. Условие полосы пропускания реактивного фильтра .........................

186

9.3. Уравнения частотных характеристик Т и П фильтров .......................

187

9.4. Уравнения частотных характеристик Г - образных фильтров ............

188

9.5. Реактивные фильтры типа « k » ..............................................................

188

9.6. Расчет в Mathcad АЧХ фильтра ............................................................

191

9.10. Моделирование фильтров типа - К ......................................................

193

9.11. Контрольные вопросы .........................................................................

195

Глава 10. ЛИНИИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ...........

196

10.1. Определение линии с распределенными параметрами ....................

196

10.2. Вывод телеграфных уравнений линии с потерями ...........................

196

10.3. Уравнения линии для гармонического сигнала . ...............................

197

Характеристические параметры линии ......................................................

197

10.4. Падающие и отраженные волны .........................................................

198

10. 5. Входное сопротивление линии ...........................................................

198

10.6. Уравнения линии без потерь ...............................................................

198

10.7. Режимы работы линии без потерь ......................................................

199

10.8. Расчет распределения напряжения и тока по длине линии в Mathcad

...................................................................................................................................

199

10.9. Согласование линии с нагрузкой ........................................................

201

10.10. Контрольные вопросы .......................................................................

201

Глава 11. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ .........................

202

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ........................................................................

202

11.1. Определение установившегося и переходного процесса ................

202

11.2. Первый закон коммутации ..................................................................

203

11.3. Второй закон коммутации...................................................................

204

11.4. Начальные условия (НУ).....................................................................

205

11.5. Классический метод расчета переходного процесса........................

206

11.6. Способы составления характеристического уравнения...................

208

11.7. Определение постоянных интегрирования .......................................

209

11.8. Переходные процессы в цепях первого порядка ..............................

210

11.9. Постоянная времени цепи ..................................................................

212

11.10. Включение в RL-цепь гармонической ЭДС ....................................

214

11.11. Включение в RC-цепь постоянной ЭДС ..........................................

216

11.12. Дифференцирующие и интегрирующие цепи.................................

218

11.13. Переходные процессы в цепях второго порядка ............................

222

11.14. Декремент колебаний ........................................................................

227

11.15. Примеры расчета переходных процессов классическим методом 228

11.6. Контрольные вопросы .........................................................................

233

Глава 12. ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ..........

234

ПРОЦЕССОВ.................................................................................................

234

12.1. Прямое преобразование Лапласа........................................................

234

12.2. Изображения простейших функций...................................................

235

12.3. Основные свойства преобразования Лапласа ...................................

235

12.4. Расчет переходного процесса при нулевых начальных условиях ..

237

12.5. Операторная схема замещения участка цепи при ненулевых .........

238

начальных условиях......................................................................................

238

12.6. Законы Кирхгофа в операторной форме............................................

240

12.7. Способы перехода от изображения к оригиналу ..............................

242

12.8. Особенности расчета операторным методом....................................

243

при гармонической ЭДС...............................................................................

243

12.9. Примеры расчета переходных процессов операторным методом ..

245

12.10. Контрольные вопросы .......................................................................

248

Глава 13. ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ДЮАМЕЛЯ К РАСЧЕТУ....

250

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ....................................................................

250

13.1. Принцип наложения элементарных воздействий .............................

250

13.2. Единичная функция, переходная характеристика цепи...................

250

13.3. Интеграл Дюамеля первого вида........................................................

252

13.4. Импульсная функция, импульсная характеристика цепи...............

255

13.5. Расчет импульсной характеристики...................................................

256

13.6. Интеграл Дюамеля второго вида ........................................................

257

13.7. Передаточная функция цепи ...............................................................

259

13.8 Примеры расчетов переходных процессов с использованием .........

261

интегралов Дюамеля .....................................................................................

261

13.9. Контрольные вопросы .........................................................................

265

Глава 14 . ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ............

266

НЕГАРМОНИЧЕСКИХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ.............................

266

14.1 Разложение периодических функций в ряд Фурье ............................

266

14.2. Дискретные спектры ............................................................................

267

14.3. Пример разложения функции в ряд Фурье........................................

269

14.4. Смещение функции по времени .........................................................

272

14.5. Анализ линейных цепей при периодических....................................

273

негармонических воздействиях ..................................................................

273

14.6. Действующее значение негармонических сигналов ........................

275

14.7. Мощность периодических негармонических сигналов ...................

276

14.8. Коэффициенты характеризующие несинусоидальные ....................

278

периодические процессы..............................................................................

278

14.9. Примеры расчета цепей при периодических ....................................

278

негармонических сигналах...........................................................................

278

14.10. Контрольные вопросы .......................................................................

282

Глава 15. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ..............................

283

15.1. Принцип получения трехфазной системы ЭДС................................

283

15.2. Способы соединения трехфазного генератора с нагрузкой ............

284

15.3. Симметричная нагрузка в соединении звезда-звезда.......................

286

15.4. Несимметричная нагрузка в соединении звезда-звезда ...................

287

15.5. Соединение треугольник-треугольник ..............................................

288

15.6. Выбор способа соединения потребителей.........................................

289