Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивтілік

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 33 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

1. Кіріспе…. . . 2

2. Айнымалы ток. . . 3

3. Сипаттамалары. 4

4. Өндірілуі. . 7

5. Таралуы, түрленуі . . . 13

6. Айнымалы ток тізбегіндегі актив кедергі……. . 21

7. Айнымалы ток тізбегіндегі

сыйымдылық. . 22

8. Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивтілік……. 27

9. Айнымалы ток тізбегіндегі резонанс. . 29

10. Қорытынды32

11. Қолданылған әдебиеттер. . 32

Кіріспе

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.

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.

Айнымалы ток

Айнымалы ток, кең мағынасында - бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріп отыратын электр тогы. Ал техникада А. т. деп ток күші мен кернеудің период ішіндегі орташа мәні нөлге тең болатын периодты ток түсініледі. Ток күші (және кернеу) өзгерісі қайталанатын уақыттың (сек-пен берілген) ең қысқа аралығы период (Т) деп аталады (1-сурет) . А. т-тың тағы бір маңызды сипаттамасы - жиілік (¦) . Дүние жүзі елдерінің көпшілігіндегі және Қазақстандағы электр энергет. жүйелерде пайдаланылатын стандартты жиілік - 50 Гц, ал АҚШ-та 60 Гц. Байланыс техникасында жиілігі жоғары (100 кГц-тен 30 ГГц-ке дейін) А. т. пайдаланылады. Арнайы мақсат үшін өндіріс орындарында, медицинада және ғылым мен техниканың басқа салаларында қр түрлі жиіліктегі А. т., сондай-ақ импульстік ток қолданылады. Ток кернеуін кемітпей түрлендіруге болатындықтан іс жүзінде А. т-ты электр энергиясын жеткізуде және таратуда кеңінен пайдаланады. А. т-тың үш фазалық жүйесі жиі қолданылады. Тұрақты токқа қарағанда А. т-тың генераторлары мен қозғалтқыштарының құрылымы қарапайым, жұмысы сенімді, мөлшері шағын әрі арзан. А. т. қуелі шала өткізгіштер арқылы, ал одан кейін шала өткізгішті инверторлар көмегімен жиілігі реттелмелі басқа А. т-қа түрлендіріледі. Бұл жағдай жылдамдығын бірте-бірте реттеуді талап ететін электр жетектерінің барлық түрі үшін қарапайым әрі арзан қозғалтқыштарын (асинхронды және синхронды) пайдалануға мүмкіндік береді. А. т. байланыс құрылғыларында (радио, теледидар, телефон т. б. ) кеңінен қолданылады. А. т. айнымалы кернеу арқылы өндіріледі. Ток жүріп тұрған сым төңірегінде пайда болатын айнымалы электрлі магниттік өріс А. т. тізбегінде энергия тербелісін тудырады, яғни энергия магнит немесе электр өрісінде периодты түрде бірде жиналып, бірде электр энергиясы көзіне қайтып отырады. Энергияның тербелуі А. т. тізбектерінде реактивті ток тудырады, ол сым мен ток көзіне артық ауырлық түсіреді және қосымша энергия шығынын жасайды. Бұл - А. т. энергиясын берудегі кемшілік. А. т. күші сипаттамасының негізіне А. т-тың орташа жылулық қсерін, осындай ток күші бар тұрақты токтың жылулық қсерімен салыстыру алынған. А. т күшінің (Қ) осындай жолмен алынған мәні қ с е р л і к м қ н (немесе эффективтік) деп аталады әрі ол период ішіндегі ток күші мәнінің матем. орташа квадратын көрсетеді. А. т-тың қсерлік кернеу (U) мәні де осы сияқты анықталады. Ток күші мен кернеудің осындай қсерлік мқндері А. т-тың амперметрлері және вольтметрлері арқылы өлшенеді.
Тәжірибеде жай және неғұрлым маңызды жағдайда А. т. күшінің лездік мәні (і) синусоидалық заңға сәйкес белгілі бір уақыт (t) ішінде мынадай заң бойынша өзгереді: і=Іmsіn(wt+a), мұндағы Іm - ток амплитудасы, w= 2p¦- токтың бұрыштық жиілігі, a - бастапқы фаза. Сондай жиіліктегі кернеу де синусоидалық заң бойынша өзгереді: u=Umsіn(wt+b), мұндағы - кернеу амплитудасы, b - бастапқы фаза (2-сурет) . Мұндай А. т-тың қсерлік мқндері мынаған тең болады: Қ=Қm/0, 707 Іm, U=Um/0, 707 Um.
А. т. тізбегінде индуктивтілік не сыйымдылықтың болуына байланысты ток күші (і) мен кернеу (u) арасында j = b - a фаза ығысуы пайда болады. Фаза ығысуы салдарынан ваттметрмен өлшенетін А. т-тың орташа қуаты (P) қсерлік ток мәні мен әсерлік кернеу мәнінің көбейтіндісінен кем болады: P=ІU cosj. Индуктивтілік те, сыйымдылық та болмайтын тізбекте ток фаза бойынша кернеумен сқйкес келеді (3-сурет) . Токтың әсерлік мәндеріне арналған Ом заңы мұндай тізбекте тұрақты ток тізбегіндегідей пішінде болады: І=U/r, мұндағы r - тізбектегі актив қуат (P) бойынша анықталатын тізбектің актив кедергісі (r=P/І2) .
Тізбекте индуктивтілік (L) болған жағдайда А. т. сол тізбекте өздік индукцияның ЭҚК-н (электр қозғаушы күші) индукциялайды: eL= -LҺdі/dt=-wLІmcos(wt+a) =wLІmsіn(wt+a-p/2) . Өздік индукцияның ЭҚК-і ток өзгерісіне кері қсер етеді, сондықтан тек индуктивтілік бар тізбекте ток фаза бойынша кернеуден ширек периодқа, яғни j=p/2-ге қалыс қалады (4-сурет) . eL-дің әсерлік мәні: EL=ІwL=ІxL, мұндағы xL=wL - тізбектегі индуктивтік кедергі. Мұндай тізбекте Ом заңы былайша өрнектеледі: І=U/xL=U/wL.
Сыйымдылық (С) шамасы u-ге тең кернеуге қосылғанда, оның заряды: q=Cu. Периодты түрде өзгеріп отыратын кернеу периодты түрде өзгеретін зарядты тудырады, сөйтіп мына формуламен анықталатын сыйымдылық тогі (і) пайда болады: і=dq/dt=CҺdu/dt=wCUmcos(wt+b) =wCUmsіn(wt+b+p/2) . Сөйтіп сыйымдылық арқылы өтетін синусоидалы А. т., фаза бойынша оның қысқыштарындағы кернеуден ширек периодқа, яғни j=-p/2 озып кетеді (5-сурет) . Мұндай тізбектегі әсерлік мәндер мына қатынаспен байланысты: І=wCU=U/ xС, мұндағы xL=1/wC - тізбектің сыйымдылық кедергісі.
Егер А. т. тізбегі тізбектей жалғастырылған r, L және C-тен тұрса, онда оның т о л ы қ к е д е р г і с і мынаған тең болады: z мұндағы wL-1/wC. А. т. тізбегіндегі р е а к т и в т і к е д е р г і . Осыған сқйкес, Ом заңы мына түрде өрнектеледі: І=U/z=U/. Ал ток пен кернеу арасындағы фаза ығысуы тізбектегі реактивті кедергінің актив кедергіге қатынасымен анықталады: tgj=x/r. Синусоидалы А. т. тізбегіндегі есепті шешу векторлық диаграмма арқылы жеңілдетіледі. Квазистационар А. т-тың күрделі тізбектегі есептерін шешуге Кирхгоф ережесі қолданылады. Мұндайда комплексті шамалар әдісі (белгілер қдісі) пайдаланылады. Ол қдіс геометриялық операцияларды алгебралық формада А. т-тың векторы арқылы өрнектеуге және А. т. тізбектері есептеріне тұрақты ток тізбектерінің барлық қдістерін қолдануға мүмкіндік береді. Электр энергет. жүйелердегі А. т. қдетте синусоидалы болып келеді. Керісінше болған жағдайда оны азайту шаралары жасалады. Бірақ электрлік байланыс тізбектерінде, шала өткізгіштер мен электрондық құрылғылардағы А. т-тың синусоидалы болмайтындығы жұмыс процесінің өзінің қсерінен болады.

Сипаттамалары

Периодты токтар деп токтың лездік мәндері бірдей уақыт аралықтарында қайталанып отыратын токтарды айтамыз. Ал тоқтың лездік мәні қайталанып отыратын ең аз уақыты сол токтың периоды деп аталады, оны Т әрпімен белгілейді. Периодтық токүшін:
i = F(t) = F(t+T) (2) 1 - суретте электр тізбегінің АВ бөлігі көрсетілген және периодты ток үшін мысал ретінде токтың уақытқа тәуелділігі келтірілген: і = F(t) . Стрелка токтың оң бағытын көрсетеді i›0 i‹0 болған жағдайда токтың нақты бағыттары үзік сызықты стрелкамен көрсетілген. Қисық сызық бойындағы кесінділер ‹‹а›› мен ‹‹в››, ‹‹0›› және ‹‹с›› аралықтарын токтың бір период кезіндегі толық циклі дейміз.
Периодқа кері шаманы жиілік дейміз, ол ƒ әрпімен белгіленеді және герцпен (Гц) өлшенеді: ƒ = 1 / T (Гц) (3)

Электротехникада қолданылатын айнымалы токтардың жиілік ауқымы (диапазоны) өте кең. Ол ондаған герцтен миллиард герцке дейін барады. Еуропа электр энергетикасында стандарт жиілік тағайындалған (өндірістік 50 Гц, ал АҚШ пен Жапонияда 60 Гц) . Байланыс техникасында жиілігі жоғары (100кГц-тен 30 ГГц-ке дейін) айнымалы тоқ пайдаланылады.
Жоғарыда сөз болған және жаңадан енгізілген анықтамалардың барлығы бұдан былай да кернеу, ЭҚК, магнит ағындары үшін пайдаланыла береді. Кернеу және ЭҚК жайында сөз еткенде, сұлбада олардың оң бағытын стрелкамен немесе әріптің төмен жағына қойылған индекс арқылы белгілеу керек.
Электр энергетикасында қарапайым гармоникалық немесе синусоидалық токтар пайдаланылады, яғни токтың уақытқа тәуелділігі синусоидалық функция болады. Радиотехникада, автоматикада, телемеханикада және есептеу техникасында синусоидалы емес периодты токтарды пайдаланған кезде біраз қиындықтарға кездесеміз. Олар: электр энергиясы шығынының ұлғаюы, тізбектің кейбір бөліктерінде кернеудің едәуір пайда болуы, электр байланыстарының (телеграф, телефон) жұмысатарына кедергі келтіретін бұрмалаушы жағдайлардың тууы.
Синусоидалық емес периодты токтар дегеніміз - әртүрлі жиіліктегі синусоидалық тоқтардың жиынтығы.
Электр тізбектерінің осы құбылыстары бізден синусоидалық токтарды түбегейлі зерттеп - білуді талап етеді.

Тұрақты және айнымалы тоқтың графиктік кескіні (уақытша диаграммалар)
Графиктік әдіс уақытқа тәуелді айнымалы шамалардың өзгеру процесін көрнекті көрсетуге мүмкіндік береді.
2-суретте тұрақты тоқ графигі көрсетілген. Тоқ оң мәндерге ие болады. 3-суретте айнымалы тоқтың графигі бейнеленген. О осі төмен нүктелер теріс мәндерге ие болады.
2-Суретте тұрақты тоқтың шамасы 50 мА. Бағыты және шамасы бойынша уақыт өткен сайын тоқ шамасы 50 мА болып қала береді.
Айнымалы тоқтың периодтық i(t) графигі. Айнымалы тоқ айнымалы кернеу арқылы өндіріледі. Тоқ жүріп тұрған сым төңірегінде пайда болатын айнымалы электрлі магниттік өріс айнымалы тоқ тізбегінде энергия тербелісін тудырады, яғни энергия магнит немесе электр өрісінде периодты түрде бірде жиналып, бірде электр энергиясы көзіне қайтып отырады. Энергияның тербелуі айнымалы тоқ тізбектерінде реактивті тоқ тудырады, ол сым мен тоқ көзіне артық ауырлық түсіреді және қосымша энергия шығынын жасайды. Бұл - айнымалы тоқ энергиясын берудегі кемшілік. Айнымалы тоқ күші сипаттамасының негізіне айнымалы тоқтың орташа жылулық әсерін, осындай тоқ күші бар тұрақты тоқтың жылулық әсерімен салыстыру алынған. Айнымалы тоқ күшінің осындай жолмен алынған мәні әсерлік мән деп аталады әрі ол период ішіндегі тоқ күші мәнінің математикалық орташа квадратын көрсетеді.

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.

Амперметр[1] - электр тоғының күшін өлшеуге арналған құрал. [2]
Амперметрді тұрақты немесе тұрақсыз ток көзіне тізбектей жалғау арқылы сол токтың күшін есептеуге мүмкіндік береді. Көбінесе арнайы шамада жұмыс жасайтын батарея, акумуляторларды зарядтау барысында қолданылады. Осы құрылғы арқылы көптеген тәжірибелер жүргізіліп, токты зерттеуге кең мүмкіндік алуға жол ашылады.

Амперметр
$C:\Users\Админ\Desktop\Без названия.jpg$
$C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\211px-Current_Flow.svg.png$
Current Flow
$C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\600px-Tongtester.jpg$

Tongtester

$C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\Galvanometer_diagram.png$

Galvanometer diagram

Вольтметр - тұрақты және айнымалы ток тізбектеріндегі электрлік кернеуді өлшеуге арналған аспап. Вольтметр түрлері: аналогты (тілді көрсеткішімен және жарықты көрсеткішімен), цифрлы (механикалық, электрмеханикалық және электрлік индикаторлармен) болады. Тізбектегі жүктемеге немесе электр энергия көзіне параллель қосылады.

$C:\Users\Админ\Downloads\600px-Voltmeter.jpg$

Таралуы, түрленуі

Айнымалы токтың үш фазалық жүйесі жиі қолданылады. Тұрақты токқа қарағанда айнымалы токтың генераторлары мен қозғалтқыштарының құрылымы қарапайым, жұмысы сенімді, мөлшері шағын әрі арзан. Айнымалы ток әуелі шала өткізгіштер арқылы, ал одан кейін шала өткізгішті инверторлар көмегімен жиілігі реттелмелі басқа айнымалы токқа түрлендіріледі. Бұл жағдай жылдамдығын бірте-бірте реттеуді талап ететін электр жетектерінің барлық түрі үшін қарапайым әрі арзан қозғалтқыштарын (асинхронды және синхронды) пайдалануға мүмкіндік береді. $C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\лллл\387px-2-сурет.jpg$ 1-сурет

Тәжірибеде жай және неғұрлым маңызды жағдайда айнымалы ток күшінің лездік мәні синусоидалық заңға сәйкес белгілі бір уақыт ішінде мынадай заң бойынша өзгереді: мұндағы - ток амплитудасы, ƒ - токтың бұрыштық жиілігі, - бастапқы фаза. Сондай жиіліктегі кернеу де синусоидалық заң бойынша өзгереді: мұндағы - кернеу амплитудасы, - бастапқы фаза (2-сурет) . Мұндай айнымалы токтың әсерлік мәндері мынаған тең болады: ≈ 0, 707 ≈ 0, 707 $C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\лллл\389px-3-сурет.jpg$

2-сурет

Ток генераторы деп энергияның қандай да бір түрін электр энергиясына айналдыратын қондырғыны айтады. Электростатикалық машиналар, термобатареялар, күн батареялары, т. б. генераторға жатады.
Қазіргі кезде айнымалы токтың электромеханикалық индукциялық генераторлары өте кең таралған. Бұл генераторлардың артықшылығы - олардың құрылысының қарапайымдылығында және жеткілікті түрде жоғары кернеу мен үлкен токтарды алу мүмкіншілігінде. Электромеханикалық индукциялық генераторларда механикалық энергия электр энергиясына айналады. Мұндай генератор құрылысының принциптік жобасын біз §2. 1-ында қарастырып, магнит өрісінде айналып тұрған сым орамада айнымалы индукциялық ЭҚК-інің пайда болатынын айтып өткенбіз. Токты сыртқы тізбекке шығару үшін сақиналарға жабыстырып қойған щеткалар қолданылады. Кез келген индукциялық генератордың негізгі бөліктері мыналар:

1) индуктор - магнит өрісін тудыратын қондырғы. Бұл тұрақты магнит не электромагнит болуы мүмкін;

2) якорь - ЭҚК индукцияланатын (пайда болатын) орама;

3) щеткалар мен сақиналар - айналып тұрған бөліктерден индукциялық токты шығарып алатын немесе электромагниттерге қоректенетін ток беретін қондырғылар.

$C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\лллл\362px-4-сурет.jpg$

. $C:\Users\Админ\Desktop\Новая папка\лллл\363px-5-сурет.jpg$

Тізбектей жалғанған орамаларда индукцияланған ЭҚК-тері қосылады, сондықтан якорь көп орамнан тұрады.
§ 2. 1-ында орамада туатын ЭҚК-інің амплитудасы, яғни орамнан өтетін магнит ағынына пропорционал екеніне көз жеткізгенбіз. Магнит ағынын көбейту үшін индукциялық генераторларда арнаулы магниттік жүйе қолданылады. Ол электротехникалық болаттан жасалған екі өзекшеден тұрады. Екі өзекшенің бірінің қуыстарында магнит өрісін тудыратын орамалар (электромагнит), ал екінші өзекшенің қуыстарында ЭҚК-і туатын орама (якорь) орналасады. Бір өзекше (әдетте ішкісі) өзінің орамдарымен бірге горизонтал не вертикаль осьтен айналады, ол ротор деп аталады. Екінші, қозғалмайтын өзекше - статор деп аталады. 2. 21 -суретте сым рама (якорь) айналып, ал электромагниті қозғалмай тұратын генератор көрсетілген. Қуатты өндірістік генераторларда электромагнит айналады, яғни ол ротордың қызметін атқарады, ал ЭҚК-і индукцияланатын якорь қозғалмайды, бұл - статор. Электромагнитті қоректендіретін ток күші якорьде туатын индукциялық ток күшінен анағұрлым аз болғандықтан, осындай құрылым ыңғайлы. Себебі қуаты жоғары токты қозғалмай тұрған орамадан шығарып алу жеңілірек. Индукторға әлсіз ток сақиналар арқылы беріледі, ол ток тұрақты токтың жеке бір генераторында өндіріледі. Генератор өндіретін ток статордың орамасынан қозғалмайтын шиналар арқылы электр энергиясының желісіне беріледі. Техникалық қажеттіліктерге жиілігі 50 Гц синусоидалық айнымалы ток пайдаланылады. Ондай ток алу үшін ротор 50 айн/с жиілікпен айналу керек. Айналу жиілігін азайту үшін индуктордың полюстер жұптарының санын көбейтеді. Онда генератор өндіретін айнымалы ток жиілігі. мұндағы - полюстер жұбының саны, - ротордың айналу жиілігі. Қарастырып өткен генератор айнымалы токтың бірфазалық генераторы деп аталады.

Айнымалы ток трансформациясы Айнымалы токтың тағы бір маңызды қасиеті бар: оный кернеуін біршама оңай өзгертуге - трансформациялауға болады. ("Трансформация" сөзі латынның "transformo" - түрлендіремін сөзінен пайда болған) .

Қарапайым трансформатор тұйық магнит өткізгіштен тұрады, оған екі катушка кигізілген. Бірінші деп аталатын катушканың біреуі айнымалы ток желісіне қосылады. Бірінші катушканың магнит өрісінен магнит өткізгіштен өтеді; ол айнымалы және бірінші катушкадағы ток секілді жиілікте өзгереді. Осы айнымалы магнит өрісі екінші катушкаға өтіп, екінші деп аталады, онда айнымалы индукциялық ток туғызады.

Ток генераторы деп энергияның қандай да бір түрін электр энергиясына айналдыратын қондырғыны айтады. Электростатикалық машиналар, термобатареялар, күн батареялары, т. б. генераторға жатады.

Қазіргі кезде айнымалы токтың электромеханикалық индукциялық генераторлары өте кең таралған. Бұл генераторлардың артықшылығы - олардың құрылысының қарапайымдылығында және жеткілікті түрде жоғары кернеу мен үлкен токтарды алу мүмкіншілігінде. Электромеханикалық индукциялық генераторларда механикалық энергия электр энергиясына айналады. Мұндай генератор құрылысының принциптік жобасын біз §2. 1-ында қарастырып, магнит өрісінде айналып тұрған сым орамада айнымалы индукциялық ЭҚК-інің пайда болатынын айтып өткенбіз. Токты сыртқы тізбекке шығару үшін сақиналарға жабыстырып қойған щеткалар қолданылады. Кез келген индукциялық генератордың негізгі бөліктері мыналар:

1) индуктор - магнит өрісін тудыратын қондырғы. Бұл тұрақты магнит не электромагнит болуы мүмкін;

2) якорь - ЭҚК индукцияланатын (пайда болатын) орама;

Тізбектей жалғанған орамаларда индукцияланған ЭҚК-тері қосылады, сондықтан якорь көп орамнан тұрады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.