Айнымалы ток: сипаттамасы, үш фазалы генератор және индуктивтік әсерлер

Айнымалы токтың үш фазалық генераторы

Сабақтың тақырыбы

Айнымалы ток

Айнымалы ток, кең мағынасында - бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріп отыратын электр тогы. Ал техникада айнымалы ток деп ток күші мен кернеудің период ішіндегі орташа мәні нөлге тең болатын периодты ток түсініледі. Айнымалы ток байланыс құрылғыларында (радио, теледидар, телефон т. б. ) кеңінен қолданылады.

Өндірілуі

Айнымалы ток айнымалы кернеу арқылы өндіріледі. Ток жүріп тұрған сым төңірегінде пайда болатын айнымалы электрлі магниттік өріс айнымалы ток тізбегінде энергия тербелісін тудырады, яғни энергия магнит немесе электр өрісінде периодты түрде бірде жиналып, бірде электр энергиясы көзіне қайтып отырады.

Энергияның тербелуі айнымалы ток тізбектерінде реактивті ток тудырады, ол сым мен ток көзіне артық ауырлық түсіреді және қосымша энергия шығынын жасайды. Бұл - айнымалы ток энергиясын берудегі кемшілік.

Айнымалы ток күші сипаттамасының негізіне айнымалы токтың орташа жылулық әсерін, осындай ток күші бар тұрақты токтың жылулық әсерімен салыстыру алынған. Айнымалы ток күшінің осындай жолмен алынған мәні әсерлік мән (немесе эффективтік) деп аталады әрі ол период ішіндегі ток күші мәнінің математикалық орташа квадратын көрсетеді. Айнымалы токтың әсерлік кернеу (U) мәні де осы сияқты анықталады.

Ток күші мен кернеудің осындай әсерлік мәндері айнымалы токтың амперметрлері және вольтметрлері арқылы өлшенеді.

Сипаттамалар

Периодты i(t) айнымалы токтың графигі

Ток күші (және кернеу) өзгерісі қайталанатын уақыттың (секундтпен берілген) ең қысқа аралығы период (Т) деп аталады (1-сурет) . Айнымалы токтың тағы бір маңызды сипаттамасы - жиілік (ƒ) . Дүние жүзі елдерінің көпшілігіндегі және Қазақстандағы электр энергетикалық жүйелерде пайдаланылатын стандартты жиілік - 50 Гц, ал АҚШ-та 60 Гц. Байланыс техникасында жиілігі жоғары (100 кГц-тен 30 ГГц-ке дейін) айнымалы ток пайдаланылады. Арнайы мақсат үшін өндіріс орындарында, медицинада және ғылым мен техниканың басқа салаларында әр түрлі жиіліктегі айнымалы ток, сондай-ақ импульстік ток қолданылады. Ток кернеуін кемітпей түрлендіруге болатындықтан іс жүзінде айнымалы токты электр энергиясын жеткізуде және таратуда кеңінен пайдаланады.

Үш фазалық генератордың жұмыс қағидасы бір фазалық генератордың жұмыс қағидасына ұқсайды.

Тек статордың полюстары бір-бірінен 120° орналасады (1-сурет) .

Теңестірілген үш фазалық жүйеде, фазалардағы кернеу мен токтың қосындылары нөлге тең болады.

1-сурет Жұлдызшамен жалғанған, айнымалы токтың үш фазалық қарапайым генераторы.

2-сурет Теңестірілген үш фазалық толқын үлгісі

Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивтік

Тізбектегі индуктивтік айнымалы ток күшіне әсер етеді. Мұны тәжірибемен оңай дәлелдеуге болады. Индуктивтігі үлкен катушкадан және қыздыру электр шамынан тұратын тізбек құрайық. Осы тізбекті ажыратып-қосқыштың көмегімен не тұрақты кернеу көзіне, не айналмалы кернеу көзіне жалғауға болады. Мұнда тұрақты кернеу мен айнымалы кернеудің әсерлік мәні өзара тең болуы тиіс. Кернеу тұрақты болғанда шам жарығырақ жанатынын тәжірибе көрсетеді. Ендеше, осы қарастырып отырған тізбекте айнымалы ток күшінің әсерлік мәні тұрақты ток күшінен аз екен. Бұл өзіндік индукция құбылысымен түсіндіріледі. Тұрақты ток көзіне катушканы тіркегенде тізбектегі ток күшінің біртіндеп артады. Ток күші көбейе бастағанда өнетін құйынды элекрт өрісі электрондардың қозғалысын тежейді. Тек бірсыпыра уақыт өткенен кейін ғана ток күші (қалыптасқан) берілген тұрақты кернеуге сәйкес ең үлкен мәніне жетеді.

3-суретте магниттік күш сызықтарының немесе магниттік ағындардың бөлінуі көрсетілген.

Катушканың ішіне темір өзек (өткізгіш) орнатсақ, магниттік сызықтар оны кесіп өтіп (4-сурет), оның бойында ток және э. қ. к пайда болады.

3-сурет Орау бойынша токты бөлу

Индуктивтік:

Белгісі -L;

Өлшем бірлігі - генри (Гн)

Егер S ажыратқышын қосқанда (4-сурет) . тізбекте Ток жүреді де, орамада магниттік өріс пайда болады да, оның мәні нөлден максимумға дейін артады, Соның әсерінен өзекшеде э. қ. к. индукцияланады. Индукцияланған э. қ. к. кері бағытта болғандықтан кері э. қ. к. деп аталады. Бұл күш токты жасайтын буындағы токтың өзгеруіне бөгет жасайды және кернеудің қоректенуінен кері бағытта жұмыс жасап, буындағы токтың өзгеру жылдамдығын баяулатады.

S ажыратылғанда токтың күші нөлге дейін түседі, магниттік алаң жойыла бастайды. Сонда, күштің сызықтары шарғының өткізгіштерімен байланысады да, оларда э. қ. к. индуцияланады. Осы жағдайда, э. қ. к. ажыратқыштың клемаларында доға ретінде пайда болады.

. 4-сурет

Өздігінен индукциялау.

Егер кернеу тез өзгерсе, онда айнымалы ток күші тұрақты кернеу кезінде тиісті мәндеріне жетіп үлгермейді. Ендеше, айнымалы ток күшінің максимал мәні (оның амплитудасы) тізбектің индуктивтігімен шектеледі де, индуктивтік және берілген кернеудің жиілігі неғұрлым көп болса, ол соғұрлым аз болады.