Тозони О. В.
Метод вторичных источников в электротехнике
ЭНЕРГИЯ
МОСКВА
1975
Редактор А. А. Брауде
Редактор издательства М. П. Соколова
Обложка художника Н. Князькова
Художественный редактор Т. Н. Хромова
Технический редактор Г. С. Соловьева
Корректоры И. А. Володяева и М. Г. Гулина
Тозони О. В. Метод вторичных источников в электротехнике. Москва, «Энергия», 1975.
В книге изложены теория и обоснование метода вторичных источников для расчета трехмерных статических и квазистационарных электромагнитных полей любой геометрии в неоднородных и нелинейных средах, а также теория и метод расчета цепей переменного тока высокой частоты. Метод вторичных источников предназначен для машинного проектирования электромагнитных систем различных электротехнических машин и устройств, применяемых в технике. Метод расчета цепей высокой частоты может быть применен для машинного проектирования полосковых волноводов, печатных схем СВЧ, микроэлектронных и интегральных схем современной вычислительной техники и радиотехники. Алгоритмы, построенные на основе этих методов, легко поддаются полной автоматизации.
Книга предназначена для научных работников, инженеров и студентов старших курсов, занимающихся расчетами электромагнитных полей и цепей высокой частоты, а также разрабатывающих иовые типы электро- и радиотехнических устройств.
Издательство «Энергия», 1975 г.
Содержание книги
Метод вторичных источников в электротехнике
Введение
Глава первая. Электромагнитное поле в однородной среде
1-1. Два типа источников электромагнитного поля и их механические модели
1-2. Электростатическое поле
1-3. Магнитное поле постоянного тока
1-4. Скалярный магнитный потенциал постоянных токов
1-5. Свойства скалярного магнитного потенциала
1-6. Векторный потенциал поля статических зарядов
1-7. Свойства векторного потенциала поля статических зарядов
1-8. Структура поля векторного потенциала статических зарядов
1-9. Переменное электромагнитное поле
1-10. Интегральное преобразование Фурье и импульсная функция Дирака
Глава вторая. Электромагнитное поле в неоднородной среде. Метод вторичных источников
2-1. Эквивалентное поле и вторичные источники
2-2. Вторичные источники на границе раздела сред
2-3. Потенциалы в эквивалентном квазистационарном поле
2-4. Интегральные уравнения для мторнчных источников
2-5. Пример построения математической модели
2-6. Замена векторных вторичных источников скалярными
2-7. Улучшение математической модели
2-8. Причины некорректности интегральных уравнений
2-9. Интегральные свойства вторичных источников
2-10. Введение добавочной информации в интегральное уравнение
2-11. Свойства регуляризующей функции и преобразованного оператора
2-12. Регуляризация задачи для многосвязной области
2-13. Регуляризация системы интегральных уравнений
2-14. Математическая модель электростатического поля в кусочно-однородной среде
2-15. Другой вариант математической модели электростатического поля
2-10. Преобразование интегральных уравнений со слабой особенностью
2-17. Электрическое поле в кусочно-однородной среде с многосвязпой границей
2-18. Математическая модель магнитного поля в кусочно-однородной среде
2-19. Математическая модель электростатического поля в кусочно-неоднородной среде
2-20. Математическая модель магнитного поля в кусочно-неоднородной среде
2-21. Математическая модель электромагнитного поля в кусочно-однородной проводящей среде
2-22. Математическая модель электромагнитного поля в кусочно-неоднородной проводящей среде
2-23. Математическая модель электромагнитного поля в кусочно-однородной проводящей и ферромагнитной среде
Глава третья. Решение интегральных уравнений и вычисление интегральных характеристик поля
3-1. Приближенное решение интегральных уравнений прямыми методами
3-2. Решение интегральных уравнений итерационными методами
3-3. Вычисление магнитного потока по вторичным источникам поля
3-4. Потокосцепление, индуктивность и взаимная индуктивность
3-5. Вычисление заряда, потенциала и емкости проводника
3-6. Проводимость прямого цилиндра в неоднородном статическом поле
3-7. Вычисление сил в статическом поле
Глава четвертая. Основы теории цепей с токами высокой частоты
4-1. Недостатки классической теории электрических цепей
4-2 Свойства структуры поля цепи с током высокой частоты
4-3. Вывод уравнений цепи переменного тока
4-4. Среднее значение скалярного потенциала
4-5. Среднее значение векторного потенциала
4-6. Полная система уравнений цепи переменного тока в однородной среде
4-7. Сведение уравнений цепи к уравнениям однородной линии
4-8. Представление цепи в виде последовательного соединения излучающих диполей
4-9. Средние значения запаздывающих потенциалов цепи, расположенной на границе двухслойной среды
4-10. Краевые условия для запаздывающих потенциалов
4-11. Применение интегрального преобразования Фурье для определения запаздывающих потенциалов цепи в слоистой среде
4-12. Влияние металлического экрана на поле цепи
4-13. Электрическая цепь на подложке с экраном
4-14. Средние значения потенциалов цепи на подложке с экраном
4-15. Электрическая цепь на подложке с двумя экранами
4-16. Средние значения потенциалов цепи на подложке с двумя экранами
4-17. Уравнения цепи переменного тока в слоистой среде
4-18. Полная система уравнений цепи переменного тока
4-19. Интегрирование дифференциальных уравнений электрической цепи
4-20. Интегральные уравнения для системы несвязанных контуров
Приложение 1
Приложение 2
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Во всех отраслях современной техники широко используются электромагнитные процессы и явления. Электротехнику, радиотехнику, электронику, измерительную и вычислительную технику, ускорители элементарных частиц, транспорт и авиацию нельзя себе представить без электромагнитных механизмов, приборов и устройств. Электросварка и «плавка металлов, электролиз, индукционная очистка полупроводников, электроразведка полезных ископаемых, электрозащита подземных сооружений от коррозии — далеко не полный перечень отраслей, где применяют электромагнитные процессы. Без преувеличения можно сказать, что технический прогресс существенно зависит от быстроты м надежности проектирования электротехнических устройств.
Несмотря на различие форм и назначений все современные электротехнические устройства имеют общую часть — электромагнитную систему, которая служит для преобразования энергии. Такая система представляет собой совокупность металлических проводов с токами, изоляции, препятствующей утечке токов, и магнитопроводов (стальных деталей), служащих для усиления и концентрации магнитного потока. Свойства и рабочие характеристики электротехнического устройства зависят от распределения поля в электромагнитной системе, следовательно, для проектирования таких устройств необходимо предварительно рассчитать электромагнитное поле.
Теория электромагнитного поля создана более ста лет тому назад. Первые работы, появившиеся в конце прошлого века, содержали три меры точного аналитического расчета чюля для тел простой формы. Однако для электромагнитных систем с деталями сложной формы и с нелинейными характеристиками сред рассчитывать поле не уда нал ось из-за отсутствия эффективных методов расчета и вычислительных средств. До сих пор еще большинство электротехнических проблем решают эксперементально, а для электромагнитных расчетов вместо строгих математических методов используют полуэмпирические приемы, основанные на обобщении накопленного опыта, аналогиях и инженерной интуиции.
Появление быстродействующих вычислительных машин открыло новые возможности для автоматизации процессов проектирования новой техники и в том числе электро- и радиоустройств. Автоматизация проектирования с полным исключением физического моделирования обещает дать большой экономический эффект и существенно ускорить создание новых конструкций. В настоящее время 'представляется реальным создание автоматизированной системы проектирования (АСП) электро- и радиотехнических устройств. Такая АСП, 'подобно существующим в других отраслях техники, должна состоять из: а) центральной ЦВМ с большим быстродействием счета и большой оперативной и внешней памятью; б) 'Комплекса вспомогательных устройств для ввода, вывода и контроля цифровой, буквенной и графической информации; в) математического обеспечения в виде пакета программ для переработки информации; г) операционной системы, позволяющей проектировщику управлять работой всей системы, активно вмешиваться в процесс проектирования.
Проектирование должно включать следующие этапы:
1). специалист-проектировщик делает эскизный проект электромагнитной системы нового устройства и всю информацию о ней вводит в память АСП;
2). с помощью операционной системы проектировщик составляет программу для расчета электромагнитного процесса в магнитной системе, набирая ее из стандартных блоков-подпрограмм;
3). ЦВМ рассчитывает по программе электромагнитный процесс и выдает проектировщику распределение поля и все его интегральные параметры, определяющие рабочие характеристики устройства;
4). проектировщик изучает картину поля, выясняет ее дефекты и слабые места и изменяет геометрию конструкции, стремясь улучшить ее характеристики;
5). ЦВМ рассчитывает электромагнитный процесс в измененной магнитной системе и в зависимости от результатов расчета проектировщик делает следующее изменение конструкции и т. д., пока не решит, что последний вариант достаточно близок к оптимальному.
Для того чтобы осуществить такой процесс проектирования, необходимо иметь стандартные программы для быстрого и точного расчета поля в электромагнитных системах любой разумной геометрии. Для создания таких 'программ надо разработать универсальные и эффективные математические методы расчета электромагнитных процессов в неоднородных и нелинейных средах с произвольной формой поверхностей раздела сред.
Скачать книгу "Метод вторичных источников в электротехнике". Москва, Издательство Энергия, 1975
|
