Электротехника_и_электроника_книга_1_электрические_и_магнитные_цепи_Герасимов_В.Г._ Кузнецов_Э.В.,_Николаева_О.В. (Хорошая книга по элтеху)

БВК-.ЗФ-.2 — ' Э 45 ~ ХДК- 62.1 3 Выпуск издания в свет осуществлен при финансовой поддержке Издательства МЭИ Р е ц е н з е н т ы: Кафедра электротехники и электроники Московской Государственной Академии тонкой химической технологии (зав.

кафедрой профессор П. В. Ермуратский); зав. кафедрой электротехники, электроники и электрооборудования МГТУ профессор Ю. Н. Зорин А в т о р ы: В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнецов, О. В. Николаева, М. С. Цепляева, Я. А. Шнейберг По вопросам распространения издания обращаться по адресу: ! ! ! 250, Москва, Красноказарменная ул., д ! 4. Издательство МЭИ ТелУфакс (09»! 362-02 ! 3 220201 0000 — 045 Э ББК: 31.2 051(01)-96 ВЗВ)з( 5-283-05005-Х (кн.

! ) 18В)ь( 5-283-05004-1 О Авторы, (996 Э45 Электротехника и электроника. Кн. !. Электрические и магнитные цепи: Учеб. для вузов. — В 3-х кн.: кн. 1/ В. Г. Герасимов, Э. В. Кузнецов, О. В. Николаева и дрб Под ред. В. Г. Герасимова. — Мз Энергоатомиздат, 1996. — 288 сз ил.

18ВХ 5-283-05005-Х ® (!',)((((! ) Книга является первой частью трехтомного учебника «Электротехника и электроника», написанного в соответствии с новой программой. В ней впервые объединены учебник и задачник: каждый теоретический раздел сопровождается практическими примерами, типовыми задачами, комплектом многовариантных задач и домашними зщ!аннами для самостоятельной работы. Даны методика применения ПЭВМ и программы расчета и моделирования электрических цепей. Рассмотрены вопросы, связанные с анализом и расчетом электрических и магнип)ых цепей. В конце каждой главы приведены комментарии к правильным ответам.

Для студентов незлектротехнических специальностей технических вузов. ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий учебник "Электротехника и электроника", состоящий из трех книг: "Электрические и магнитные цепи", "Электромагнитные устройства и электрические машины", "Электрические измерения и основы электроники", предназначен для студентов вузов, осуществляющих подготовку бакалавров по неэлектротехническим направлениям и инженеров по неэлектротехническим специальностям. Он полностью соответствует программе по электротехнике и электронике для не- электротехнических специальностей вузов и соответствующих направлений подготовки бакалавров.

Авторский коллектив учебника — ведущие преподаватели кафедры электротехники и интроскопии Московского энергетического института. Кафедра накопила богатый опьп педагогической н методической работы, связанный с преподаванием электротехники и электроники студентам неэлектротехнических специальностей МЭИ. Этот опьп совершенствовался в связи с тем, что на кафедре более 25 лет осуществляется повышение квалификации преподавателей электротехники и электроники вузов страны. При подготовке этого учебника авторы стремились использовать и развить методические основы преподавания электротехники и электроники, которые были разработаны под руководством основателя кафедры проф.

В. С. Пантюшина (190б — 1977) при активном участии доц. М. Ю, Анвельта (1919 — 1977). В то же время в настоящем учебнике реализованы новые методические концепции кафедры. В нем впервые объединены учебник и задачник. В кахщой книге основы теории соответствующего раздела сопровождаются практическими примерами, типовыми задачами, комплектом многовариантных задач для самостоятельного решения их дома и на практических занятиях. Многие параграфы учебника заканчиваются вопросами, сопровождаемыми альтернативными ответами, один или несколько из которых являются правильными.

В конце каждой главы приведены комментарии к правильным ответам. Впервые в учебнике по электротехнике и электронике приведены программы и методики применения персональных ЭВМ для расчета и моделирования электрических и магнитных цепей, электромагнитных и шеатропныа устройств, применения электроизмерительных прибо1юн и ~леатрнчогннх машин. Каь и рапмю, анппча учебника уделяли большое внимание логичи ~н и П шач ~и и паннония материала, по возможности теснее увяп.юе» ~ ~ ~ прае ~о~а сними приложениями. П ~ н ! и «ааае пы основы теории и методы расчета электрических цен н п ~ амачи шка, однофазных и трехфазных цепей синусоидальноце а прн установившихся режимах, а также переходных процессов е ш гпчппнх электрических цепях. Кроме этого рассмотрены вопросы юпюпю попей несинусондального тока, а также магнитные цепи.

Ма- ~ риал раздела электрических цепей, особенно нелинейных, тесно увяюп с электроникой. В кн. 2, посвященной трансформаторам и электрическим машинам, много внимания уделено эксплуатационным характеристикам и их определению по паспортным и каталожным данным, а также моделированию на ПЭВМ аварийных режимов электрических машин. В кн. 3 "Электрические измерения и основы электроники" большое внимание уделено современным цифровым электронным устройствам, микропроцессорам и электронным измерительным приборам.

Авторы стремились провести и использовать критический анализ как своих предыдущих учебников и задачников по электротехнике и электронике, так и соответствующих учебных пособий других авторов. Глава 1 написана В. Г. Герасимовым и О. В. Николаевой, гл. 2— М. С. Непляевой, гл. 3 — О. В. Николаевой и Я. А. Шнейбергом, гл.

4— В. Г. Герасимовым, гл. 5 — О. В. Николаевой, гл. б, 7 — Э. В. Кузнецовым. Авторский коллектив благодарит преподавателей и сотрудников кафедры электротехники и интроскопии МЭИ, а также слушателей факультета повышения квалификации — преподавателей электротехнических кафедр других вузов, за высказанные пожела.

ия, направленные на улучшение содержания книги. Авторы с благодарностью примут все критические замечания и пожелания по этому учебнику, которые просят направлять по адресу; 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат. Авторы ВВЕДЕНИЕ Эл е к т роте хиика и электроника — этообщеинженерная дисциплина, изучаемая студентами неэлектротехнических специапьностей вузов и соответствующих направлений подготовки бакалавров.

Под электротехникой понимают область науки и техники, использующую электрические и магнитные явления для практических целей, Электроника, вьщелившаяся в свое время из эпектротехники как самостоятельная отрасль науки и техники, изучает физические явления в полупроводниковых и электровакуумных приборах, их характеристики и свойства, а также применение этих приборов в различных устройствах и системах. Электротехнику и электронику можно подразделить на три основных направления: энергетическое, технологическое и информационное. Первое направление связано с получением, передачей, распределением и преобразованием энергии, поэтому в дисциплине "Электротехника и электроника" изучаются источники электрической энергии, попучаемой из механической, химической, тепловой, световой и некоторых других видов энергии, приемники электрической энергии, преобразующие электрическую энергию в перечисленные виды энергии, а также преобразователи одного вида электрической энергии в другой: трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и др.

Второе направление связано с созданием и использованием электротехнических и электронных установок, в которых электрические и магнитные явления используются дпя осуществления разнообразных технологических процессов. К ним относятся, например, установки для электролиза, высокочастотной сушки, плавки, закалки материапов, электромагнитной сепарации руд, эпектронной и ультразвуковой сварки и т.

д. Третье направление обусловлено тем, что современные энергетические и технологические процессы протекают прн таких скоростях, температурах и механических напряжениях, что управление и контроль за ними может быть осуществлен только посредством быстродействующих электрических и электронных приборов, получающих информацию о процессах с помощью высокочувствитепьных преобразователей. В свя- зи с этим необходимо изучение и использование электрических и электронных измерительных приборов, усилителей, импульсных и цифровых электронных устройств и микропроцессоров.

Успехи современной электротехники и электроники — результат огромных творческих усилий ученых и инженеров разных стран в исследовании электрических и магнитных явлений в целях их практического применения. История электротехники определяется почти двумя столетиями своего развития. После изобретения первого электрохимического источника электрической энергии (1800 г.) началось изучение свойств электрического тока, были установлены основные законы электрических цепей, созданы разнообразные конструкции электрических машин и приборов, электрические и магнитные явления скали использовать для практических целей.

Однако до 70-х годов Х1Х в. широкое применение электрической энергии было невозможно из-за отсутствия надежных и экономичных генераторов. Развитие промышленного производства, рост городов и развитие торговли вызвали необходимость создания более совершенных источников света. Электрическое освещение стало первым массовым энеогетическим применением электрической энергии, оно способствовало интенсификации развития электротехнической промышленности.

В 70 — 80-х годах Х1Х в. электротехника превращается в самостоятельную отрасль науки и техники, начинается становление электроэнергетики. Но дальнейшее расширение практических применений электрической энергии требовало изыскания более экономичных и эффективных способов ее производства и распределения, а также создания простых и надежных электродвигателей, удовлетворяющих требованиям промышленного злектропривода. Комплексное решение указанных научно-технических проблем оказалось возможным лишь на базе многофазных, в частности трехфазных, систем, разработанных в самом начале 90-х годов Х1Х в.

и положивших начало становлению электрификации — нового современного этапа развития электротехники, без которой невозможен дальнейший научно-технический прогресс. Одновременно с этим с конца Х1Х в., начиная с изобретения радио в 1895 г., возникает и развивается новое направление электротехники — электроника. Создание разнообразных типов электронных приборов, вначале злектровакуумных, затем полупроводниковых, а в последние десятилетия интегральных микросхем, обусловило бурное развитие радиосвязи, телевидения, радиолокации н других областей радиоэлектроники, а также информационно-измерительной и вычислительной техники. В настоящее время электротехническая и электронная промышленность выпускает разнообразную продукцию для всех трех направлений электротехники и электроники: энергетического, технологического и информационного.

Изготавливаются турбогенераторы мощностью до 1200 МВт, гидро- генераторы мощностью до 800 МВт, разрабатываются силовые трансформаторы 110-500 кВ мощностью до 100 МВ А в сейсмостойком исполнении, установлены и работают регулируемые электро- приводы мощностью от 500 до 5000 кВт. Примерно 70т1 электроэнергии вырабатывается на тепловых электрических станциях и около 30% — на гидро- и атомных электростанциях, Для покрытия прироста потребления электроэнергии только в европейской части России необходимо ввести до 2000 г.