П. А. Ионкин - Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Сборник задач с решениями - PDF версия с поиском по тексту

П. А. Ионкин - Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Сборник задач с решениями
PDF версия с поиском по тексту


СБОРНИК ЗАДАЧ
И УПРАЖНЕНИИ ~ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ • ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Для cmygeнmo6 6узо6
х

БОРНИК ЗАДАЧУПРАЖНЕНИЙО ТЕОРЕТИЧЕСКИМСНОБАМЛЕКТРОТЕХНИКИ
V . наук .

од редакциеи доктора техн
оф . П. А. Ионкина
опущено Министерством высшего и сред­го специального образования СССР в ка­:стве учебного пособия для студентов элект­
v

отехнических и энергетических специальностеи
зов
-·­..,
10СКВА ЭНЕРГОИЗДАТ 1982
3

ББК 31.21
С 23 УДК 621.3.01 (076.1)
Р е цензе н ты: К афедра Московскоrо авиационн ого института и м. Cepr o Орджоникидзе, зав. кафедрой проф . С. П. Колосов; проф . Ю. Г. Толстов
А в торы: Г. П. Андреев, С. Н. Андреев, И. И. Баранов,
Б. А. Болдов, С. И. Ващенко, Г. Г. Гусев, А. И. Донской,
Ф. П. Жарков, Б. Я . Жуховицкий, П. А. Ионкнн, Е. И. Калугин, ·
В. В. Каратаев, В. А. Киселева, Я. Н. Колли, Н. .К. Круг,
В. Н. Кудин ~ В. А. Кузовкин, Е. С. Кухаркин, С. А. Левитан,
В. А. Майбога, В. Г. Миронов, В. И. Паротькин, М. Д. Пиро­
гова, Л. П. Соболева, Б. М. Фрадкин, Ф. Н. Шакирзsнов,
В. М. Юркевич
Сборник задач и упражнений по теоретиче­С23
ским основам электротехники: Учеб . пособие
для вузов /Под ред. проф . П . А . Ионкина. ­
М.: Энерrоиздат, 1982. -768 с., ил.
В пер. : 1 р. 50 к.

Содержание задачника охватывает все разделы теории линейных и нелинейных цепей и теории электромагнитного поля курса теореrn­ческих основ электротехники и соответствует утвержденной программе .
В сборнике приведены задачи, как иллюстри рующие тот или ин ой метод расчета, так и возн икающие при исследовании реальных электро­технических устройств . Все задачи имеют ответы, многие задачи даны с
подробными решениям и.
Предназначен в качестве учебного• пособия для студентов электро­J технических и энергетических специальностей вузов
С 2302000000-254 144-82
ББК 31.21

051 (01)-82 .
6П2.1
© Энергоизда т , 1982

'
П РЕДИСЛОВИЕ
Настоящий сбор ник задач и упражнений по тео ­
ретическим основам электротехники составлен кол­
лективами кафедр теоретических основ элек1ротех­
ники (ТОЭ) и электрофи зики (ЭФ ) Московского
энергетич еского института как у чебное пособие дл~
студентов инженерно-технических специальностеи
вузов. Задач~ и упражнения, включенные в сбор­ник , охватывают все разделы курса ТОЭ в соответ­ствии с программой ку рса «Теоретические основы электротехники», утвержденной Учебно-методиче­ским управлением по высшему образованию 28 де ­кабря 1977 r.
Помещенньrе в сборнике задачи предназначены
как для реп1ения в аудитории с помощью препо ­
давателя , так и для самостоятельного решения,
V
в том числе и студентами заочных отделении вузов ; поэтому в каждой rлаве для типовых . задач и задач повышенной трудности приведены подроб ­ные решения с необхо димыми методическими ука­заниями . у таких задач после номера поставлена буква Р . Для всех задач даны ответы, причем
в случаях, ко1 да ответ прямо соответствует постав­
ле.нным вопросам, в ответе приведены только числа ,
формулы или слова, служащие прямым от ветом .
Принятый порядок расположения глав и задач в каждой главе не определяет желательную или необходимую последовательность их самостоятель­
ного решения студентами и решения в аудитории
преподавателем или студентами совместно с пре­
по давател ем.
При составлении задач авторы стремились по возможности связать их с электротехни ческой прак­тикой и дать параметры , характерные для реальных · технических устройств. Некоторые задачи появились в резул ьтате обобщения и идеализации практи~е-­
3
..
ских вопро сов , с которыми представители промыu1­ленности обр ащались н а кафедры. Но, конечно, в сборнике есть и достаточное число учебных задач, подобранных та1<, чтобы в решении можно было подчеркн уть особенности того или иноrо метода расчета электрических цепей или электромагнитного
поля .
В списке литературы указаны осно вные учеб­ники и учебные по собия , вышедшие за последние r оды и предназначенны е для студентов как дневных , ·1 ак и вечерних отделений вузов.
Отзывы , критически е замечания и пожелания пр осьба посылать в адрес Энергоиздата : 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 1О.
А вторы
Глава первая ЛИНЕЙНЪIЕ ЦЕПИ С ИСfОЧНИКАМИ ПОСТОЯННЫХ ЭДС И ТОКОВ Введение к rл. 1
к простейшим двухполюсным пассивным элеме~ам схемы линейной электрической цепи относятся резистивныи, индуктив­ный и емкостный эл ементы.
Резистивный элемент -это элемент, в котором напряжение и и ток i связаны соотношением (закон Ома)
(1.l)
и, = ri, или i, = gu,,
rде r -сопротивление ; g = 1/r -проводимость. ~ Мощность преобразоваimя электромагнитнои энергии в тепловую (закон Джоуля -Ленца)
р = rl·2 ,. (1.2)
Индуктивный элемент -это элемент , в кото ром напряжение и ток связаны законом электромагнитной индукции :
UL = LdiL/ dt, (1.3)
г де L-индуктивность ; t -время. Энергия, запасаемая в магнитном поле индуктивного
элемента, равна:
(1.4)


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Бессонов Л. А. Теоретиче(;кие основы электротехники. Электри­Предисловие
ческие цепи.-М.: Высшая школа, 1978.-528 с. 3Глава первая Линейные цепи с
2. Бессонов Л. А. 1 еоретические основы электротехники. Электро­источниками постоянных ЭДС
магнитное -поле.-М.: Высшая школа, 1978.-231 с. и токов ( А И. Донск.ой, П. А. Ионкин, В. А. Кузовкин.
3. Неиман Л. Р., Демнрчян К. С. Теоретические основы элек-В. Г. Миро11ов, М. Д. Пирогова) 5тротехники. Т. 1. -Л.: Энсрrоиздат
1981 -536 с. · Введение к гл. 1 5

4. Ней,1ан Л. Р., Демнрчян К. 'с. Теоретические основы электро­1.1.
техники. Т. Простейшие электрические цепи . 15
2.-Л.: Энерrоиздат, 1981.-416 с.
1.2 Пt:,реходные и установившиеся процессы в простейших

5. Задачиик по теоретическим основам электротехники. Теория цепях. . . . . . 23
цепеи/Под ред. К. М. Поливанова. -М.: Энергия, 1973. -304 с. 1 3. Применение уравнений Кирхгофа
. . . . . 28

6. Кол.1н Я. Н., Соболева Л. П., Фрадюm Б. М. Задачник 1.4. Применение уз11овых уравнений и уравнений с напряже­по теоретиtiеским основам электротехники. Теория поля -М · Энергия
1972. -168 с. ниями ветвей дерева . 33
. . .. ' 1.5. Применение контурных уравнений

7. Основы теории цеrтей/Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нету­41
1.6. Метод наложения. Свойство взаимности 44шил, С. В. Страхов. -М.: Энергия, 1975. -752 с. 1.7. Линейные соотношения между напряжениями и токами 47
8. Пол1mанов К. М.
Т. Теоретические основы электоотехники . 1.8. Преобразования электрических схем . . . . 49
1. -М.: Энергия, 1972. -239 с.
• 1.9. Эквивалентные источники (активные двухполюсники) 52

9. Жvховtщкюi Б. Я., Негневи11кнй И. Б. Теоретические основы 1.10. Топологические методы расчета передаточных функций 55
электротехники. Т. 2 -М.: Энергия, 1972. -200 с.
1.11. Применение сигча.1ьных графов 591О. Поливаноз К. М. Теоретические основы электротехники.
Т. 3. -М : Энергия, 1975. -208 с. Г,1ава вторая. Линейные цепи с источю1Ками гармонических ЭДС~1. Теорети~ескstе основы электротехники. Т. 1. Основы теории и токов ( И. И. Баранов С. И. Ващенко, Ф. П. Жарков,
линеиных цепеи/Под ред. П. А. Ионкина -М · В. М Юркевич). 63
1976.-544 с. Высшая школа. .. ' Введе, ,е к гr1. 2 63
12. Теоре1ические основы электротехники. Т. 2. Нелинейные 2.1. Переходные и устаРовившиеся пр,щессы в простейшихцепи и основы теории электромагнитного поля/Под ред. П. А. И он­цепях . . . . . • · 70
кина. -М. · Высшая школа, 1976. -383 с. 2.2. Мr1ювенные значения синусоидальных величин. Прос­lJ. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. тейшие операции с ком1L1ексными числами. Последова­Л инеины~ электрические цепи. -М.: Энергия, 1978. -592 с. тельное и параллельное соединения эл"'ментов
цепи 73

14. 1еорети•1еские основы электротехники. Ч. 2 и 3 Нелинейные 2.3 Разветвленные электрические цепи. Векторные и топогра­электрические цепи. Электромагнитное поле/Г. И. Атабеков, С. Д. Ку­фические диаграммы. Энергетические
соотношения 77

палян, А. Б. Тимофеев, С. С. Хухриков. -М.: Энергия, 1979. -432 с. 2.4. Эквива:1ентные схемы двухполюсников 89
15. Толстов Ю. Г. Теория линейных электрически.._ цепей. -М : Выс­2.5. Резонанс. Режим согласованной нагрузки . 92шая школа, 1978. -279 с. 2.6 Электрические цепи с взаимной индукцией . 99
2. 7. Диа~ раммы для цепей с изменяющимися параметрами 108
2.8. Топологические методы анализа. Расчет схемных функ­цю1 1132.9 Применение сигна.1ьных графов 115 Гпава третья. Трехфазные цепи (Н. К. Круг. В. 117
А. Маибо?а) Введение к гл. 3
. . . 117
3.1. С<Хдинение обмоток и разметка выводов трехфазных
источников
123
763

3.2. Симметричная нагрузка . 126 8.4. Опер аторный метод расчета переходных процессов 315
3. 3. Н есим'v!етричная нагрузка 131 8.5. Переходньrе пр оцессы при действии источников напря­
3.4. Сиv1метричные составляющие . 141 жения или тока произвол ьной формы . . . 324
3. 5. Вращающееся магнитное поле 150 8.6. Переходные процессы пр и ·скачкообразн~ых изменениях токов в индуктивностях и напряж ении на емкос тях 333 Глава четвертая. Четырехпол юсники (Б. Я. Жуховиц1'uu, В. И. Па­8.7. Расчет переходных пр оцессов методом переменных ротьки11) 153 состояния . 339
В ведение к rл. 4 ' . 153 • Гла ва дев я тая. Переходные процессы в цепях с распределенными
4.1. Уравнения и коэфф и циенты пасс и вных четырехполюс­
п араметрами (Е . С. Кухаркw1, С. А. Левитан) . . . . . 349

ни ков . . . . . . . ' ' 162
349

4.2. Характеристические (вторичные) параметры 170 Введение к гл. 9
4.3. С хем ы замещения . . . . . . 172 9.1. Формирование прямой и обра-rной волн в линии
4.4. С оединения четырехполюсников 175 без потерь . . . 352
4.5. А ктивные четыр ехпо.1юсники 179 9.2. Переход волны с одной линии на другую . . . . . 355
4.6. Передаточные функции 184 9.3. Волны в линиях при подключении и отключении ветвей 359
9.4. Формирование импульсов . . 362 · Глава пятая. Цепи с распределенными 11араметрами (Б. Я. Жу­9.5. В олн ы в лини и без искажений 364
ховицкuй)
192
Глава десятая . Элементы сmпеза линейных цепей ( Б. Я. Жу­

В вед е ние к гл. 5
192 ховицкий) 366

5.1. П араметры линии
196

5.2. Линия с потерям и 199 Введение к гл. 10 366
5.3. Линия без потерь. 204 10. 1. Двух п олюсник и без поте рь 370
5.4. Схемы замещения линии 212 10. 2. Двухполюсники с потерями . Мостовые четырехпо­люсн и ки 376
Гла ва шестая. ЛIDlейные цепи с негармоническими пер и одическими Нелинейные цепи постоянного тока
Глава оди н надцат ая .

источникам и (В . А. Kuce,zeвa, В . Н. Кудин) . 216 380
( П. А. Ионк.w1, В. В . Каратаев, Ф . Н. Шакирзянов) В в едение к гл. 6 . . . . . .
216 Вв едение к гл. 11 . 380

Разложение периодических функций в рял Фурье
6.1. 220 1 1 .1. Графический метод расчета 382
6.2. П ериодические процессы в линейных цепях . 224 395
11.2. Аналитический метод расчет а

6.3. М ощность. К оэффициенты, характер изующие формы
11.3. Ч исленные методы расч ета 399

периодических кривых. Измерения в цепях несинусои­дального тока . . . . . . . . . . . 228 потоках
Глава двенадцатая. Магнитные цепи при постоянных

6.4. Ре зонанс в цеп я х несинусоидал ьн ого тока . . . . . 235 406
( Г. П. Андреев)

6.5. Н есинусоидальные режимы симметричных т р ехфазных цепей 238 Введение к гл. 12 . 406 12.1. Л1rшейная магнитная цепь 407409
Глава седьмая. Фильт ры (Б. Я. )Куховицкuй, В . И. Паротькuн) 242 12.2. Нелинейная магнитная цепь без гистерезиса
12.3. Расчет магнитной цепи с уч етом гистерезиса. П остоян­Введение к rл. 7 . . 242 ные магниты 416
7.1. Фильтры типа k .. 246
7.2. Другие типы фильтров 253 rлава тринадцатая. Нелинейные цепи перем ен ног о тока (Б. А . Бол­дов, Г. Г. Гусев, В. В. Каратаев) . . 418 Глава восьмая. Переходные процессы в л1О1ейных цепях с сосре­
Введение к гл. 13 . . 418А. Болдов, В. И. Паротькин)

доточе1111ым11 параметрами ( Б. 260 13.1. Графические и графо-аналитические методы расчета 420 Введение к гл. 8 . . . 260 13.2. Аналитические методы рuсчета . . . . 428
8.1. Переходные процессы в цеп я х rL (классический метод 13.3. Расчет по действующим Jначениям токов и напряженm1 437 расчета). 267
8.2. Переходные процессы в цепях rC (классическии метод Глава четырнадцата:~. Персход11ые процессы в нетmейных цепях. расчета). 281 Автоколебания ( Б. А. Болдов, Г. Г. Гусев, В. В. Каратаев) 439
8.3. Переходные процессы в цепях с несколькими реактив-439
Введение к гл. 14 . . .

ными элементами (класс и ческий метод расчета) 295
14.1. Аналитические и графические методы расчета 447 764 765
14.2. Устойчивость состояния равновесия 456
14.3. Изображение переходных процессов на фазовой плос­кости 462
14.4. Метод усреднения . 467 14.5. Автоколебания 471
14.6. Численные методы интегрирования 476
Глава пятнадцатая. Вводные задачи теории поля (Л. П. Соболева) 479
Введение к гл.15 . 479
15.1. Симметричные поля 483
15.2. Анализ полей 499
Глава шестнадцатая. Электрическое поле (Я. Н. Колли, Л. П. Со­болева) . 503 Введение к гл.16 503
16.1. Электростатическое поле в вакууме . 509
16.2. Электростатическое поле в диэлектрике . . . . . . 524
16.3. Стационарное электрическое поле в проводящей среде 535
16.4. Квазистатическое электрическое поле в реальной среде 543
16.5. Уравнения Лапласа и Пуассона . 554
16 6. Энергия и силы в электрическом поле 563
Глава семнадцатая. Магнитное поле (Б. М. Фрадкин) 566
Введение к гл. 17 . . . 566
17.1. Постоянное магнитное поле в однородной неограни­ченной среде . . . . 569
17 .2. Дифференциальные уравнения магнитного поля. Вектор­ный и скалярный потенциалы . . . . . . . . . 578
17.3. Магнитное поле в присутствии магнитных тел 593
17 .4. Энергия и силы в магнитном поле 606
Глава восемнадцатая. Специальные методы расчета потенциальных полей (Я. Н. Колли, Б. М. Фрадкин) 611
Введение к гл. 18 . . . . . 611
18.1. Применение функций комплексного переменного 612
18.2. Метод интегральных уравнений 632
Глава девятнадцатая. Электромагнитное поле (Я. Н. Колли, Б. М. Фрадкин) . 639
Введение к гл. 19 . . . . . 639
19 .1. Теорема Умова -П ойнтинга 643
19.2. Напряженность электрического поля в неподвижных и движущихся средах. Движение заряженных частиц 649
19.3. Электромагнитное поле в проводящей среде, Поверх­ностный эффект . 655
19.4. Волны в диэлектрике, волноводы, резонаторы, излучение 674
Ответы к задачам гл. 1 683 Ответы к задачам гл. 2 687 Ответы к задачам гл. 3 695 Ответы к задачам гл. 4 698 Отв еты к задачам Г.1. 5 701 Ответы к задачам Г.1. 6 703 О1веты к задачам г;~. 7 705 Ответы к задачам гл. 8 707 Отв еты к задачам гл. 9 713 Отв еты к задачам гл. 10 720 Ответы к задачам гл. 11 723 Ответы к задачам гл. 12 726 Ответы к 1адачам гл. 13 727 Отв еты к задачам гл. 14 730 Ответы к задачам гл. 15 733 Ответы к задачам IЛ. 16 736 Отв еты к задачам гл. 17 742 Отnеты к задачам гл. 18 747 Ответы к задачам гл. 19 749 При11о жение 1. Разложение в ряд Фурье . 754 При ложение 2. Таблица-ориr иналов и их изображений по
Лап.1асу . . . . 756 Прил ожение 3. Кривые намаrничивания сталей 1211, 1411, 1512, 1561 . . 757 Приложение 4. Декартовы, цилиндриче~кие и сферические
координаты. Операции в.екторного анализа 758 Единицы электрических и магнитных величин 760 Список литературы . 762

[ Геор гий Павлович Андреев]. Сергей Ни,,..олаевич
А ндреев, Игорь И ванов и ч Б аранов, Б орис А лексеевич
Болдов, Светлана Ивановна Ващенко, Геннадий Гри­
горьевич Гусев, А,1ексей Иванович Донской, Фе.шкс
Петрович Жарков, Борис Яковлевич Жуховицкий,
!Петр А фа11асьевич Ионкин j, Евгений Иванович
Калугин, Влади.wир Васильевич Каратаев, Валерия
А лександров11а Киселева, Яков Николаевич Кол.-ш.
Наталья Кар.ювна Круг, Всево.юд Николаевич Куди11.
Владимир Александрович Кузовкин, Евгений Степа­
иович Кухаркин, Семен Аркадьевич Левитан, Виюпор
Алексеевич Майбога, Владимир Георгиевич Миронов,
Владимир Иваиович Паротькин, Мальвина Дмит­риевна Пирогова, Лидия Петровна Соболева, Борис Михайлович Фрадки11, Феликс Нитматзюювич Ша­кирзююв, Владимир Михайлович Юркевич
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ
ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ -ЭЛЕКГРОТЕХПИКИ
Редак1ор Б . Я. Жухов,щкий Редакторы издательства Л . А . Решмина , Н. Б. Фомичева Переплет художника В. Д . Коз.1ова Технический редактор О . Н . Адаски11а Корректоры З. Б. Драновская , Л . С. Тимохова
ИБ № 2795
Сдано в набор 13.07.81. П одписано к печати 24.03.82. Форм ат 84 х 108/32 . Б умага типографская № 2. Гарн. шрифта тайме. П ечать высокая. Усл. печ. л. 40,12. Уч.-изд. л. 42,1. Тираж 50 ООО экз. Заказ 18. Цена ! р. 50 к.
Энерrоиздат, 11311 4, Москва, М-114, Ш.uюзовая наб. , _10
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Крас ­ного Знамени Ленинградское производственно-техническо е объединение «Печатный Двор»
имени А. М Горько~ о Союзпо.1иrрафпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торr овли 197136, Ленинград, П -136 , Чкаловский пр., 15.



Показать/скрыть дополнительное описание