Буртаев Ю.В., Овсянников П.Н. Теоретические основы электротехники Изд. стер.(2-му, испр.)

Оглавление

Предисловие

Учебник написан в соответствии с программой по тео­ретическим основам электротехники (ТОЭ) для технику­мов. При использовании величин, понятий и законов, уже изученных в курсах физики, по возможности даются лишь краткие сведения и основное внимание при этом уделяется их применению для изложения конкретных вопросов курса ТОЭ. Математический уровень изложения соответствует программе по математике для техникумов.

Примеры, приводимые в тексте непосредственно за изу­чаемым материалом, во-первых, помогают глубже понять теорию и проиллюстрировать ее практическими примерами, техническими приложениями, а во-вторых, позволяют при­обрести навыки использования теории в конкретных зада­чах, рассмотреть рациональные методы их решения и осо­бенности использования соответствующего математическо­го аппарата.

Главы 2, 9, 10, 18, 19 написаны П. Н. Овсянниковым, остальные главы – Ю. В. Буртаевым.

Авторы благодарят всех товарищей, принявших участие в обсуждении книги и высказавших ряд ценных пожеланий и советов.

Авторы выражают искреннюю благодарность препода­вателю Московского электромеханического техникума И. М Соболевской за рецензию и многочисленные рекомен­дации, использованные при работе над книгой.

Авторы выражают глубокую признательность канд. пед наук, доц. М. Ю. Зайчику за консультации и помощь при написании книги и за большой творческий труд по ее ре­дактированию.

Введение

Электрическая энергия, электромагнитные явления, электротехника, электрификация – все эти и другие сло­ва с корнем "электро" органически вошли в повседневную жизнь и трудовую деятельность абсолютного большинства не только взрослых, но и многих школьников и даже до­школьников. Лишь очень немногим школьникам младших классов доверяют зажигать газовую плиту, заводить авто­мобиль или, скажем, пользоваться швейной машинкой – для большинства из них это слишком сложная и, прямо скажем, опасная деятельность. Однако даже многие до­школьники уверенно включают и выключают электричес­кое освещение, радиоприемники и телевизоры, регулируют громкость их звука и яркость изображения, нажимают кнопку электрического звонка, пользуются телефоном и лифтом.

Электрическая энергия широко используется не только в быту. Функционирование космических кораблей и работа металлургических гигантов, плавание атомных ледоколов и обработка деталей на станках с числовым программным управлением, работа автоматических линий, роботов и ма­нипуляторов по сборке радиоаппаратуры и часов, электро­двигателей и автомобилей, обслуживание птицефабрик и агропромышленных комплексов по производству мяса и молока, ремонт и эксплуатация разнообразной техники – все это и огромное количество других промышленных и сельскохозяйственных работ и процессов невозможны без использования электроэнергии.

Возрастающая роль электрической энергии в жизни современного общества обеспечивается благодаря ее заме­чательным свойствам:

- большому разнообразию и относительной дешевизне способов и технических средств получения электрической энергии;

удобству передачи электрической энергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями; сравнительной простоте и высокому КПД преобразования электрической энергии в другие виды энергии (тепло­ту, механическую энергию вращения и т. п.);

- исключительно широким возможностям представления информации на основе параметров электрической энергии и ее передачи, хранения и преобразования;

- наличию сравнительно простых, надежных и безопас­ных методов измерения и контроля электрических вели­чин, а также управления режимами работы электротехни­ческих устройств, агрегатов и систем.

[...]

Все разнообразные приборы, устройства и системы, ис­пользующие электрическую энергию, невозможно правиль­но конструировать, производить и эксплуатировать без знания основных законов электромагнетизма, без умения качественно и количественно анализировать различные ре­жимы, проводить необходимые расчеты, без навыков пра­вильного применения электрических и магнитных величин и их измерения с помощью измерительной аппаратуры и измерительных систем.

В настоящее время из электротехники в широком смыс­ле развились в достаточно самостоятельные отрасли науки и техники радиотехника, телевидение, электроника, авто­матика, электронная вычислительная техника и т д. Эти отрасли науки и техники наряду со своими, информацион­но специфическими методами и моделями в полной мере опираются на теоретические основы электротехники – фун­дамент знаний, представлений и методов качественного и количественного анализа электромагнитных явлений и электромагнитных процессов во всех устройствах, где они имеют место.

Предмет "Теоретические основы электротехники" (ТОЭ) опирается на курсы физики и математики и вклю­чает изучение принципов устройства и работы приборов, машин, аппаратов, использующих электромагнитную энер­гию, а также соотношений между электрическими и маг­нитными величинами, методов расчета и анализа электро­магнитных процессов.

Чтобы понять, изучить и использовать электромагнит­ные явления и процессы, происходящие в технических уст­ройствах, имеется только один путь – разработать их на­учное описание, т. е. создать модель этих процессов: не очень простую – иначе можно опустить важные, сущест­венные стороны изучаемых процессов, и не чересчур слож­ную – иначе модель нельзя будет исследовать.

В настоящее время для анализа электромагнитных яв­лений и процессов в технических устройствах используют­ся две основные модели: электрические цепи и электромаг­нитное поле. Соответственно этим двум моделям курс ТОЭ также условно разделяют на две части: теория электричес­ких и магнитных цепей и теория электромагнитного поля. В теории электрических и магнитных цепей электромаг­нитные процессы считаются сосредоточенными в отдель­ных цепях и элементах этих цепей и количественно описы­ваются с помощью понятий электродвижущей силы, тока и напряжения.

В теории электромагнитного поля изучаются электро­магнитные процессы, распределенные в рассматриваемом пространстве и описываемые с помощью понятий: напря­женность электрического поля, магнитная индукция, отно­сительные диэлектрическая и магнитная проницаемости.

При изучении теории электромагнитных процессов всег­да необходимо иметь в виду ее материалистическо-диалек-тический характер Во-первых, теория электромагнитных процессов объективна, ее знание и использование позволя­ют совершенствовать приборы, устройства и системы, ис­пользующие электромагнитные явления, и правильно их эксплуатировать.

Во-вторых, отдельные законы электромагнетизма отно­сительны, справедливы лишь в определенной области, при определенных условиях и ограничениях; при использова­нии законов и соотношений необходимо учитывать эти ус­ловия, ограничения и допустимые области.

Многие электрические и магнитные параметры: элект­рический ток, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, магнитный поток, емкость, индуктивность и т. д. – на заре развития электромагнетизма получили свое название из наивных, но весьма понятных побуждений свести неизвестные, вновь открытые явления к хорошо изученным понятиям и представлениям, заимствованным из механики, к наглядным гидравлическим аналогам. Со­временное состояние науки об электромагнетизме далеко ушло от первоначальных понятий и представлений и опи­рается на теорию относительности Эйнштейна, квантовую электродинамику и их следствия, широко использует мате­матические модели.

Твердое усвоение понятий, законов и умение пользо­ваться ими достигается только в результате решения задач, проведения необходимых численных расчетов, качествен­ного и количественного анализа режимов в электрических цепях. Поэтому наряду с разбором решенных задач, приве­денных в ходе изложения материала, необходимо проре­шать задачи, помещенные в конце параграфов, или из ре­комендованных преподавателем задачников. Другой не ме­нее, а возможно, и более важной стороной является необ­ходимость овладения навыками экспериментального ана­лиза и исследования электрических процессов, умением правильно и творчески использовать электроизмерительную аппаратуру и приборы.

Правильно поставленный эксперимент, умелое исполь­зование взаимно дополняющих измерительных приборов, анализ экспериментальных данных, их обработка и осмыс­ливание на основе изученных законов в большой степени обеспечивают усвоение предмета и дают возможность пра­вильного и творческого применения его законов и соотно­шений и для последующего изучения технических специ­альных дисциплин, и для практической работы на современном производстве.

Об авторах

Буртаев Юрий Васильевич

Кандидат технических наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники» Московского государственного открытого университета. После окончания в 1959 г. электротехнического факультета Военно-воздушной инженерной академии имени профессора Н. Е. Жуковского проходил службу в строевых частях РВСН в Забайкалье и на Дальнем Востоке. В 1966 г. поступил в адъюнктуру Военной инженерной академии имени Ф. Э. Дзержинского (ныне Военная академия РВСН имени Петра Великого); после защиты диссертации занимался на кафедрах академии научно-исследовательской и преподавательской работой в области автономных систем управления летательными аппаратами, а также систем электроснабжения ракетных комплексов и специальной электротехники. После выхода в отставку более десяти лет преподавал в МГОУ курс общей физики. В последние годы занимался проблемой измерения и анализа параметров качества электроэнергии. Является автором и соавтором более 50 научных и учебно-методических трудов и изданий.

Овсянников Павел Николаевич

Кандидат технических наук, в 1987–1989 гг. — начальник кафедры «Электроснабжение ракетных комплексов» Военной академии имени Ф. Э. Дзержинского (ныне Военная академия РВСН имени Петра Великого). После окончания в 1958 г. Ростовского высшего инженерно-артиллерийского училища проходил службу в строевых частях РВСН. В 1960 г. был переведен в ВИА имени Ф. Э. Дзержинского, где работал в должности старшего инженера и начальника научно-исследовательской лаборатории. После защиты диссертации в 1966 г. был направлен на преподавательскую работу на кафедру электротехники ВИА. Является автором и соавтором более 100 научных, научно-технических и учебно-методических работ.