Opis
Elektrodynamika techniczna jest nauką o technicznych zastosowaniach elektrodynamiki klasycznej, kompleksowo uwzględniającą właściwości fizyczne materiałów, ich nieliniowość, nagrzewanie, złożoną budowę, wpływ sił elektrodynamicznych, ruchu ciał itp. W książce podano zastosowania teorii pól fizycznych i metod elektrodynamiki, elektromechaniki, elektrotermii, fizyki technicznej oraz materiałoznawstwa do projektowania i obliczeń części konstrukcyjnych transformatorów, maszyn i aparatów elektrycznych oraz innych urządzeń energetycznych. Szczególną uwagę poświęcono roli i właściwościom fizycznym materiałów, nagrzewaniu i niezawodności obiektów. Przedstawiono typowe metody i uproszczenia ułatwiające obliczenia inżynierskie, zarówno analityczne, jak i komputerowe. Uwzględniono najnowsze odkrycia w zakresie materiałów magnetycznych i nadprzewodzących oraz obecnie stosowane metody komputerowe. Książka zawiera opis niespotykanych gdzie indziej metod i programów. Oparta jest na doświadczeniu dydaktycznym i przemysłowym autora przy rozwiązywaniu problemów naukowo-badawczych. Książka jest przeznaczona zarówno dla studentów wydziałów elektrycznych specjalności konstrukcyjnych, energetycznych, mechatroniki i informatyki stosowanej, jak i – ze względu na swój częściowo poradnikowy charakter – dla inżynierów zajmujących się rozwiązaniami zadań przemysłowych z zastosowaniem teorii pola elektromagnetycznego w technice. Spis treściWykaz oznaczeń 9 Przedmowa 13 1. Metody badań i materiały konstrukcyjne 21 1.1. Metody badań 21 1.2. Materiały konstrukcyjne 25 1.2.1. Struktura i właściwości fizyczne metali 25 1.2.2. Nadprzewodnictwo 44 1.2.3. Właściwości magnetyczne ciał (ferromagnetyzm) 51 1.2.4. Półprzewodniki i dielektryki 91 2. Podstawowe równania pola elektromagnetycznego 96 2.1. Wyjściowe prawa i równania elektrodynamiki 96 2.2. Formułowanie i rozwiązywanie równań różniczkowych pola 103 2.3. Środowiska anizotropowe 118 2.4. Środowiska nieliniowe 122 2.5. Podstawowe równania magnetohydrodynamiki i magnetogazodynamiki 125 2.6. Elektrodynamika nadprzewodników 130 2.7. Elektrodynamika środowisk niejednorodnych 133 2.8. Elektrodynamika urządzeń półprzewodnikowych 133 2.9. Elektrodynamika układów elektrochemicznych 134 2.10. Ogólne równanie falowe 135 2.11. Metoda Fouriera 137 2.12. Równanie falowe we współrzędnych cylindrycznych 139 2.13. Fala elektromagnetyczna płaska 141 2.14. Odbicie i załamanie fali płaskiej 155 3. Przenoszenie i przetwarzanie mocy pola 162 3.1. Twierdzenie Poyntinga. Wektor Poyntinga 162 3.2. Wnikanie energii elektromagnetycznej do masywnej półprzestrzeni przewodzącej 165 3.3. Strumień mocy przy przejściu przewodów przez ścianę stalową 168 3.4. Strumień mocy w kablu współosiowym i szynie ekranowanej 171 3.5. Strumień mocy pola w kondensatorze, cewce i transformatorze 173 3.6. Strumienie mocy pola i ich przetwarzanie w maszynach wirujących 175 3.6.1. Strumień mocy pola elektromagnetycznego w szczelinie maszyny indukcyjnej 175 3.6.2. Strumienie mocy w maszynie synchronicznej 177 4. Ekranowanie części konstrukcyjnych 181 4.1. Rodzaje i zadania ekranów 181 4.2. Ekrany i boczniki magnetyczne 184 4.2.1. Ekran kulisty i poprzeczny cylindryczny 184 4.2.2. Podłużne ekrany magnetyczne 187 4.3. Ekrany elektromagnetyczne. Falowa metoda obliczeń 194 4.3.1. Przydatność praktyczna falowej metody obliczeń pola 194 4.3.2. Ekran przenikalny przy jednostronnym padaniu fali 194 4.3.3. Ekran przenikalny przy dwustronnym padaniu fali 201 4.4. Straty mocy w ekranach 204 4.4.1. Wektor Poyntinga i straty mocy w ekranie jednostronnym 204 4.4.2. Wektor Poyntinga i straty mocy przy obustronnym symetrycznym padaniu fali 208 4.5. Ekranowanie kadzi transformatorów 213 4.5.1. Ekranowanie magnetyczne (bocznikowanie) kadzi 214 4.5.2. Ekranowanie elektromagnetyczne kadzi 218 4.5.3. Trójwymiarowa analiza komputerowa i projektowanie interaktywne ekranów 222 4.6. Silniki indukcyjne z ekranowanym i wielowarstwowym wirnikiem 227 4.6.1. Charakterystyka ogólna 227 4.6.2. Równanie podstawowe silników indukcyjnych wielowarstwowych 228 4.7. Ekranowanie w dużych generatorach 233 4.7.1. Ekranowanie magnetyczne i kształtowanie pola 233 4.7.2. Ekranowanie elektromagnetyczne w generatorach 235 4.8. Ekranowanie przy nagrzewaniu indukcyjnym 236 4.9. Ekranowanie szyn i przewodów 237 4.9.1. Ekran cylindryczny przewodu pojedynczego 237 4.9.2. Ekran cylindryczny w poprzecznym polu równomiernym 246 4.9.3. Ekrany szyn układów blokowych w elektrowniach 248 4.10. Pole elektromagnetyczne w ekranach wielowarstwowych 254 4.10.1. Przewodnik dwuwarstwowy 254 4.10.2. Wpływ izolacji pod ekranem 256 5. Pole magnetyczne przy powierzchniach żelaznych 258 5.1. Metoda odbić zwierciadlanych 258 5.1.1. Pojedyncze odbicia prądu stałego 258 5.1.2. Zastosowanie teorii pola stałego do pól przemiennych 261 5.1.3. Odbicia magnetyczne w cylindrze żelaznym 265 5.1.4. Wielokrotne odbicia zwierciadlane 267 5.1.5. Odbicia magnesów i obwodów z prądem stałym 270 5.2. Pole połączeń czołowych ma