- •Министерство образования российской федерации
- •Часть 1 теоретические основы электротехники и электроники
- •Тема 1. Теория электромагнитного поля – исходная база для изучения электротехники и электроники 7
- •Тема 2.Методы приближенного описания процессов в электрических и электронных системах 15
- •Часть 2. Электроснабжение предприятий
- •Тема 6. Полупроводниковые диоды и тиристоры. Выпрямители на полупроводнгиковых приборах 57
- •Предисловие
- •Введение
- •Часть 1 теоретические основы электротехники и электроники
- •Тема 1 .Теория электромагнитного поля - исходная база для изучения электротехники и электроники
- •1.1.Введение
- •1.2.Основные характеристики электромагнитных полей
- •1.3. Распространение электромагнитных полей в вакууме и других средах
- •1.4.Понятие о векторе умова-пойтинга
- •1.5.Передача электроэнергии на большие расстояния
- •1.6. Распространение электромагнитеного поля вдоль проводящих каналов, сформированных в диэлектриках и полупроводниках
- •1.7.Вопросы для самоконтроля по теме 1.
- •1.8. Тест по теме 1.
- •Тема 2. Приближенные методы описания процессов в электрических и электронных системах
- •2.1 Введение
- •2.2. Приближенное описание электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля напряжениями и токами
- •2.3. Приближенное представление эдс, напряжений и токов гармоническими функциями со случайными, медленно меняющимися амплитудами и фазами
- •2.3.1.Аналитическое представление э.Д.С.,напряжений и токов
- •2.3.2. Учет флуктуаций амплитуды и фазы при выполнении операций диференцирования и интегрирования
- •2.4. Упрощенное описание э.Д.С., напряжений и токов гармоническими функциями с постоянными параметрами.
- •2.4.1.Представление элементов электрических цепей в комплексном виде
- •2.4.2.Законы ома и кирхгофа в комплексном виде
- •2.4.3. Построение векторных диаграмм на вращающейся комплексной плоскости.
- •2.4.4.Резонанс напряжений в цепи, состоящей из последовательно включеных катушки индуктивности и конденсатора
- •2.4.5.Резонанс токов при паралельном включении катушки индуктивности и емкости.
- •2.4.6. Несинусоидальные периодические напряжения и токи
- •2.5. Вопросы для самоконтроля по теме 2
- •2.6. Тест по теме 2
- •Часть 2. Электроснабжение предприятий тема 3.Многофазные электрические сети
- •3.1.Введение
- •3.2.Особенности построения многофазных электрических сетей
- •3.3.Включение приемников энергии по схеме «звезды»
- •3.4.Включение приемников энергии по схеме «треугольника»
- •3.5. Измерение напряжений, токов и мощностей в трехфазных электрическихcетях
- •3.5.1.Измерение мощностей в четырехпроводных
- •3.5.2. Измерение активной мощности в трехпроводных трехфазных сетях
- •3.6.Вопросы для самоконтроля по теме 3
- •3.7.Тест по теме 3
- •Тема.4 . Трансформаторы
- •4.1. Однофазные трансформаторы
- •4.2.Трехфазные трансформаторы
- •4.3.Автотрансформаторы
- •4.4.Трансформаторные подстанции
- •4.5.Вопросы для самоконтроля по теме 4
- •4.6. Тест по теме 4
- •Часть 3. Электроника
- •Тема 5. Транзисторы. Интегральные схемы на полупроводниковых приборах
- •5.1.Введение
- •5.2.Биполярные транзисторы
- •5.3. Мощные выходные усилители на биполярных транзисторах
- •5.4. Полевые канальные транзисторы с управляющим р-п переходом
- •5.7. Усилители сигналов на мдп -транзисторах
- •5.7.1. Усилитель импульсных сигналов на кмдп-транзисторе
- •5.7.2. Усилители слабых сигналов на к-мдп-транзистора
- •5.7.3.Автогенератор на кмдп-транзисторах
- •5.7.4. Логические схемы на мдп-транзисторах
- •5.8. Интегральные операционные усилители
- •5.9.Вопросы для самоконтроля по теме 5
- •5.10. Тест по теме 5
- •Тема 6. Полупроводниковые диоды и тиристоры. Выпрямители на полупроводниковых приборах
- •6.1.Полупроводниковые диоды
- •6.2.Выпрямители на полупроводниковых диодах
- •6.3. Мостиковый выпрямитель на полупроводниковых диодах
- •6.4.Тиристоры
- •6.5. Управляемые выпрямители на тиристорах
- •6.6. Импульсный выпрямитель с инвертором на мощном биполярном транзисторе
- •6.7. Стабилизаторы напряжения
- •6.7.1 Параметрические стабилизаторы напряжения
- •6.7.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения
- •6.8. Вопросы для самоконтроля по теме 6.
- •6.9. Тест по теме 6
- •Решение тренировочных заданий
- •Тест по дисциплине
- •Вопросы к экзамену
- •Список рекомендуемой литературы
- •Словарь основных понятий
- •Список принятых сокращений
- •Международная система единиц си
- •1.Основные единицы
- •2. Производные электрические величины
- •Десятичные приставки, используемые при обозначении основных и производных величин
- •Иноземцев Игорь Матвеевич
1.4.Понятие о векторе умова-пойтинга
Направление распространение электромагнитного поля в пространстве определяется вектором Умова-Пойтинга (), представляющим собой векторное произведениеи и определяющим поток энергии через площадку в 1м2
= [* ], размерность [ В*А/ м2], (1.5)
где
–напряженность электрической составляющей поля, измеряемая в Вольтах на метр [В/м],
–напряженность магнитной составляющей поля, измеряемая в Амперах на метр [А/м].
При распространении электромагнитной энергии вдоль сверхпроводящих проводов вектор Умова-Пойтига направлен вдоль проводов и вся электромагнитная энергия распространяется в пространстве вдоль проводов со скорость света.
При распространении электромагнитного поля вдоль медных или алюминеевых проводов часть энергии поля теряется на их нагрев. Соответственно появляется составляющая вектора Умова-Пойтинга, направленная перпендикулярно к проводам.
Величина потерь на нагрев проводов естественно зависит от интенсивностей составляющих электромагнитного поля и материала проводов.
1.5.Передача электроэнергии на большие расстояния
В настоящее время электроэнергия вырабатывается преимущественно мощными электростанциями, расположенными далеко от потребителей.
В результате этого возникает необходимость ее передачи на большие расстояния.
В принципе электромагнитную энергию можно передавать от источника к потребителю в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и в оптическом диапазоне частот. Именно в таком виде поступает на Землю электромагнитная энергия от Солнца. Спектр излучения Солнца постирается от крайне низких частот, ,порядка нескольких Герц, до ультрафиолетовых и даже рентгеновских частот. Однако при настоящем уровне развития техники передача больших количеств электроэнергии через свободное пространство практически затруднительна. Поэтому в настоящее время электроэнергия передается по открытым линиям передачи с помощью проводов из алюминия и меди или с помощью экранированных кабелей.
При этом в тех случаях, когда электрическая энергия вырабатывается на относительно низких частотах (50 или 60 Гц), экономически более выгодно передавать ее с помощью высоковольтных линий электропередачи. Как уже отмечалось, в этом случае электромагнитное поле распространяется в диэлектрике, окружающем металлический провод и только незначительная часть энергии проникает в провод и тратится на его нагревание. Для передачи электроэнергии на большие расстояния в настоящее время в основном используются проводящие каналы из металлических алюминиевых или медных проводов. При этом используются как открытые воздушные линии, так и экранированные подземные кабели. В обоих случаях электромагнитная энергия распространяется в диэлектрике, окружающий проводник и только незначительная часть ее (доли процента) теряется на нагрев проводника. При использовании открытых проводников некоторая часть передаваемой энергии излучается в свободное пространство.
Излучаемая в свободное пространство энергия незначительна (доли процента), если длина линии передачи значительно меньше половины длины волны.равной 6000 км при частоте 50 гц и практически линейно возрастает по мере увеличения длины линии передачи.
Как уже отмечалось выше, передача электроэнергии в настоящее время производится с использованием переменного напряжения. Это объясняется возможностью использования для изменения величины переменного напряжения трансформаторов.
Практически электромагнитное поле проникает в металл проводов на глубину несколько сот нанометров. В общем случае величина потерь в проводах зависит от мощности передаваемой электроэнергии, концентрации примесей в металле проводов и температуры. Естественно, чем сильнее нагревается провод ,тем больше в нем потери.
Поэтому провода приходится выбирать тем толще, чем больше предаваемая по ним мощность и чем больше в металле проводов примесей. Окисление проводов в влажной среде, приводит к образованию на их поверхности пленки диэлектрика и также естественно увеличивает потери.
Серьезной проблемой при использовании открытых линий передачи на большие расстояние является возрастание потерь, вызванных увеличением излучения электроэнергии в свободное пространство.
Необходимо помнить, что при передаче электроэнергии на постоянном токе (при f=0 Гц), электромагнитное поле также распространяется вдоль проводов со скоростью близкой к скорости света. При этом резко уменьшаются потери энергии на излучение в свободное пространство. Потери энергии в проводах в этом случае практически не уменьшаются. Существенно можно их уменьшить при использовании сверхпроводников. Однако в настоящее время передача электроэнергии с использованием сверхпроводников практически не используется, главным образом из-за того, что их необходимо охлаждать до очень низкой температуры. При этом энергия, требующаяся на охлаждение проводников, превышает потери электроэнергии при передаче ее по экранированным проводам.