- Артикул:00202157
- Автор: Серебряков А.С., Шумейко В.В.
- ISBN: 5-89035-209-1
- Тираж: 3000 экз.
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Маршрут (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 240
- Формат: 60x90/16 (~145х215 мм)
- Год: 2005
- Вес: 377 г
- Серия: Учебное пособие, учебник для вузов железнодорожного транспорта (все книги серии)
Развернуть ▼
В пособии рассмотрены принципы работы с интегрированной системой программирования для проведения математических расчетов MATHCAD на примере версий от 8 до 2002.
Изложены основы теории электротехники и приведены примеры решения задач из основных ее разделов, в том числе и по электрическим машинам.
Пособие рассчитано на широкий круг читателей: от студентов вузов и техникумов очной и заочной форм обучения до инженеров и научных работников при выполнении электротехнических расчетов; будет также полезно всем пользователям ПК, не знакомым с системой MATHCAD, но желающим быстро ее освоить.
Может быть использовано студентами при выполнении курсового и дипломного проектирования, так как содержит большое количество оригинальных компьютерных решений электротехнических задач, а также в качестве краткого справочника по применению системы MATHCAD в электротехнических расчетах.
Введение
В пособии приведены начальные сведения об интегрированной математической системе MATHCAD. Оно предназначено для читателей, желающих применить этот математический пакет для выполнения различных электротехнических расчетов.
В первых главах рассмотрены основные приемы работы с системой компьютерной математики MATHCAD на примерах решения практических задач по электротехнике.
В последующих главах изложены основы теории электротехники и электрических машин. Даны подробные пояснения по методике решения задач из указанных разделов.
Пособие рассчитано на студентов вузов и техникумов очной и заочной форм обучения и может быть использовано ими при выполнении курсового и дипломного проектирования, так как содержит большое количество оригинальных компьютерных решений электротехнических задач. Может быть полезно инженерам и научным работникам как краткий справочник по применению системы MATHCAD в электротехнических расчетах.
Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам: докторам технических наук профессорам СП. Власову и И.М. Туманову за ценные замечания, сделанные ими при рецензировании рукописи, а также научному редактору кандидату технических наук доценту кафедры "Электротехника" Российского государственного открытого технического университета путей сообщения
Б.З. Брейтеру за помощь, оказанную при подготовке к изданию данного учебного пособия, и приведение терминов в соответствие с ГОСТ Р 52002-2003.
Анализ работы сложных электротехнических устройств невозможен без использования соответствующего математического аппарата. Например, при анализе электрических цепей необходимо использовать операции с векторами и матрицами, алгебру комплексных чисел, различные методы решения дифференциальных уравнений и другие разделы высшей математики.
Таким образом, анализ электрических цепей становится достаточно сложным, и для его упрощения ученые-электротехники были вынуждены разрабатывать различные методы, такие, как метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод наложения, метод эквивалентного генератора. Суть всех этих методов заключалась в том, что сложная задача разбивалась на ряд более простых задач.
Применение персональных компьютеров с использованием математической системы (пакета) MATHCAD открывает новые возможности в анализе цепей и устройств электротехники. Приведенные выше методы, разработанные для упрощения расчета цепей и устройств, становятся совершенно ненужными при использовании системы MATHCAD. Например, расчет практически любых сложных цепей как постоянного, так и переменного тока, может быть выполнен непосредственно по уравнениям Кирхгофа, так как MATHCAD способен решать систему уравнений, содержащую до 200 уравнений. При этом уравнения могут быть нелинейными и с комплексными коэффициентами.
Использование математического пакета MATHCAD открывает также новые возможности в анализе режимов работы и характеристик электрических машин. При этом возможен выбор более точных математических моделей, учет нелинейности кривой намагничивания магнитной цепи и учет вытеснения токов в обмотках ротора. Использование этих уточненных методов возможно не только при научных исследованиях, но и в инженерной практике.
Одним из таких направлений является расчет характеристик асинхронного двигателя. Традиционно в учебниках по электрическим машинам для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя предлагается графоаналитический метод с построением круговой диаграммы. Круговая диаграмма строится на основе упрощенной Г-образной схемы замещения, которая дает большую погрешность при расчете характеристик асинхронных двигателей малой и средней мощности.
Кроме того, использование круговой диаграммы предполагает, что параметры асинхронного двигателя не меняются при изменении режима работы.
Использование пакета MATHCAD позволяет выполнить расчеты характеристик по точной Т-образной схеме замещения с учетом изменения параметров машины при насыщении магнитной цепи и с учетом вытеснения тока в стержнях обмотки ротора. Это выполняется довольно просто благодаря тому, что MATHCAD оперирует с комплексными числами так же легко, как и с вещественными.
О работе с пособием
Настоящее пособие дает начальные сведения об интегрированной математической системе MATHCAD 8/2000 (русская редакция) для Windows. Оно рассчитано на пользователей, знакомых со средой Windows. Несмотря на небольшой объем пособия, после освоения первого урока Вы, читатель, можете начать работать в MATHCAD, а после третьего урока Вы сможете успешно решать не только задачи по электротехнике для техникумов и вузов, но и научные и практические задачи. Для решения многих задач можно ограничиться этим пособием.
Интегрированная математическая система MATHCAD 2000 и 2001 развивает достоинства предыдущих версий этого популярного программного продукта. MATHCAD под Windows прост в использовании и легок в обучении, особенно для людей, работавших ранее в среде Windows.
MATHCAD является интегрированной системой программирования для проведения математических расчетов. Он содержит:
текстовый редактор, служащий для ввода и редактирования текста;
вычислитель, обеспечивающий вычисления по заданным математическим формулам;
графический процессор, служащий для создания графиков.
В связи с этим в документах MATHCAD различают текстовые, вычислительные и графические блоки.
Достоинство MATHCAD заключается в том, что для решения задач не нужно изучать языки программирования. MATHCAD сам составляет программы вычислений. Ему только нужно ввести обычным образом математические формулы.
По этому же пособию можно знакомиться и с более старшими версиями MATHCAD, например MATHCAD 2002. На тот случай, если версия системы не русифицированная, а англоязычная, в скобках даны названия некоторых пунктов меню или опций на английском языке.
При работе с пособием рекомендуется вначале изучить основные приемы работы в системе MATHCAD, повторив на своем компьютере приведенные в пособии примеры. А затем можно знакомиться с приведенными в последующих главах задачами по мере необходимости.
В том случае, если при рассмотрении приведенных в первых трех уроках электротехнических задач будут возникать трудности, можно обращаться к главам 4 и 5, в которых в краткой форме даны основные понятия о цепях постоянного и переменного тока.
Напомним, что в системе MATHCAD вместо десятичной запятой, отделяющей целую часть числа от дробной части, ставится точка. Например, число 12,53 запишется в MATHCAD как 12.53.
На рисунках (изображения с экрана дисплея при работе с MATHCAD), если не оговорено, то использованы размерности: тока, А; напряжения, В; сопротивления, Ом; емкости, Ф; индуктивности, Гн; активной мощности, Вт; реактивной мощности, вар; полной мощности, ВА; времени, с; длины, м.
Пособие рассчитано на читателей, знакомых с WINDOWS, но тем не менее напомним некоторые понятия, связанные с использованием мыши.
Указатель мыши (по-английски - mouse pointer) - значок, перемещающийся на экране при движении мыши. Обычно он имеет форму стрелки, но в зависимости от ситуации может принимать и другую форму, например, форму руки.
Щелкнуть мышью (по-английски - click) - означает установить указатель мыши на некоторый объект, после чего нажать и отпустить левую клавишу мыши. По умолчанию всегда нажимается один раз левая клавиша. Если нужно нажать правую клавишу, то это обязательно указывается в тексте.
Дважды щелкнуть мышью (по-английски - double click) - означает установить указатель мыши на некоторый объект и затем дважды быстро нажать и отпустить левую клавишу мыши.
Переместить мышью (по-английски - drag) - означает установить указатель мыши на некоторый объект, нажать левую клавишу мыши и, удерживая ее, переместить мышь на новую позицию, после чего отпустить клавишу мыши.
Для обозначения клавиш в тексте пособия используются надписи на этих клавишах в стандартной клавиатуре. В текстовой части названия функциональных клавиш, как правило, заключаются в квадратные скобки. Когда используется комбинация клавиш, осуществляемая одновременным нажатием на них, то в этом случае обозначения клавиш заключается в квадратные скобки и между ними ставится знак +. Например, одновременное нажатие на клавиши Ctrl и М будет записываться [Ctrl]+[M].
Кроме того, отметим, что понятие вектор, встречающееся в пособии, имеет два смысла.
I.Вектором называют отрезок, имеющий определенную длину и определенное направление в пространстве или на плоскости. Стрелка на конце вектора показывает его направление. Такой вектор служит для геометрического изображения физической векторной величины.
В электротехнике векторы применяют для изображения синусоидальных напряжений и токов, кроме того, для магнитных величин.
2.Вектором называют массив чисел, записанных в виде столбца. Каждое число в столбце называется элементом массива или элементом вектора. Каждый элемент вектора характеризуется своим номером. Номер элемента задается нижним индексом. Индекс должен быть целым числом и начинаться с нуля. Массив чисел, записанных в виде таблицы, называют матрицей. Элементы матрицы имеют два нижних индекса.
Содержание
Предисловие
Введение
МАТНСАD и электротехника
О работе с пособием
1. Первый урок
1.1. Основы пользовательского интерфейса
1.2. Ввод текста
1.3. Вычисления
1.4. Действия с комплексными числами
2. Второй урок
2.1. Функция и аргумент
2.2. Дискретный аргумент. Функция дискретного аргумента.
2.3. Построение графиков
2.4. Форматирование графика
2.5. Массивы, матрицы, векторы
2.6. Трехмерные графики
3. Третий урок
3.1. Построение волновых диаграмм
3.2. Построение потенциальных диаграмм
3.3. Построение векторных диаграмм
3.4. Функции с условием
3.5. Решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений
3.6. Символьные вычисления
4. Основные понятия об электрических цепях постоянного тока
4.1. Источники и приемники электрической энергии
4.2. Потенциал, полярность ЭДС и направление тока
4.3. Разность потенциалов. Закон Ома
4.4. Законы Кирхгофа. Соединение резисторов. Баланс мощностей
5. Основные понятия об электрических цепях синусоидального тока
5.1. Введение в теорию переменных токов
5.2. Действующее и среднее значения переменного тока и напряжения
5.3. Изображение синусоидальных функций времени вращающимися векторами. Векторные диаграммы
5.4. Представление векторов, изображающих синусоидальные величины, комплексными числами
5.5. Резистор, индуктивная катушка и конденсатор в цепи переменного тока
6. Мощность в цепях переменного синусоидального тока
6.1. Мощность в резисторе
6.2. Мощность в идеальной индуктивной катушке
6.3. Мощность в конденсаторе
6.4. Знаки индуктивной и емкостной мощностей. Новые выражения для мощностей в цепях синусоидального тока
6.5. Мощность в трехфазных цепях синусоидального тока
7. Установившиеся и переходные процессы в линейных электрических цепях.
7.1. Установившийся режим в цепи синусоидального переменного тока с элементами R, L, С. Исследование резонанса напряжений и резонанса токов
7.2. Расчет напряжений на фазах трехфазного приемника при соединении звездой и несимметричной нагрузке фаз
7.3. Переходные процессы в электрических цепях с сосредоточенными параметрами
8. Линейные электрические цепи с несинусоидальными токами
8.1. Общие положения. Причины возникновения несинусоидальных токов
8.2. Разложение несинусоидальных кривых в ряд Фурье
8.3. Расчет токов при несинусоидальных ЭДС
9. Нелинейные электрические цепи переменного тока, содержащие катушку с ферромагнитным сердечником
9.1. Общие положения
9.2. Понятие о феррорезонансных явлениях
9.3. Феррорезонанс напряжений
9.4. Феррорезонанс токов
10. Магнитные цепи
10.1. Основные сведения о магнитном поле
10.2. Связь магнитного поля с электрическим током
10.3. Магнитное поле в веществе
10.4. Закон полного тока
10.5. Ферромагнитные вещества
10.6. Магнитные цепи
10.7. Закон Ома и законы Кирхгофа для магнитных цепей
10.8. Расчет неразветвленных магнитных цепей
10.9. Расчет разветвленных магнитных цепей
11. Электрические цепи с распределенными параметрами
11.1. Общие понятия об электрических цепях с распределенными параметрами
11.2. Синусоидальный режим в однородной линии
12. Электрическое поле постоянного тока в проводящей среде
12.1. Общие положения
12.2. Расчет электрического поля заземлителя
13. Электрические машины постоянного тока
13.1. Краткие сведения об электрических машинах железнодорожного транспорта
13.2. Устройство и принцип действия электрической машины постоянного тока
13.3. Магнитное поле электрических машин
Расчет магнитной цепи с использованием системы МАТНСАD
13.4. Двигатели постоянного тока. Расчет механических характеристик двигателя с последовательным возбуждением
14. Трансформаторы
14.2. Уравнения состояния и схема замещения трансформатора
14.3. Определение параметров трансформатора из опытов холостого хода и короткого замыкания
14.4. Расчет изменения вторичного напряжения и КПД трансформатора при изменении нагрузки
15. Асинхронные двигатели
15.1. Основные сведения
15.2. Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя
15.3. Расчет механической и токовой характеристик с учетом вытеснения тока в роторе и насыщения магнитной цепи
16. Надежность электротехнических систем
16.1. Общие положения. Понятие надежности
16.2. Решение задачи надежности
16.3. Решение задачи надежности с помощью МАТНСАD
Заключение
Об авторах
Рекомендуемая литература
Рекомендуем
