Айнымалы ток тізбегін талдау әдістері мен оларды есеп шығаруда қолдану

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Ғылым және Білім министрлігі

Е. А. Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті

Физика - техникалық факультеті

Реферат

5B060400 - "Физика-жаратылыстану ғылымдары" мамандығы

Тақырыбы: Айнымалы ток тізбегін талдау әдістері мен оларды есеп шығаруда қолдану

Пәні: Электр және магнетизм

Дайындаған: Оразбайқызы. Г.

Оқу тобы: ФЕК-202 п/я

Қабылдаған: Рысмаганбетова С. К.

Қарағанды 2020

Мазмұны

1. Айнымалы ток.

1. 1. Сипаттамалары.

1. 2. Өндірілуі.

1. 3. Таралуы, түрленуі.

2. Айнымалы ток тізбегіндегі конденсатор және катушка.

2. 1 Айнымалы ток тізбегіндегі актив кедергі.

2. 2 Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі.

2. 3 Айнымалы ток тiзбегiндегi индуктивтiк катушка.

3. Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы.

4. Есеп шығаруда қолданылуы.

Қорытынды.

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.

Сипаттамалары

Айнымалы ток, кең мағынасында - бағыты мен шамасы периодты түрдеТок 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.

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 өлшенед.

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.

Тәжірибеде жай және неғұрлым маңызды жағдайда айнымалы ток күшінің лездік мәні ( ) синусоидалық заңға сәйкес белгілі бір уақыт синусоидалық заңға сәйкес белгілі бір уақыт ( ) ішінде мынадай заң бойынша өзгереді:

мұндағы - ток амплитудасы, - токтың бұрыштық жиілігі, - бастапқы фаза.

Сондай жиіліктегі кернеу де синусоидалық заң бойынша өзгереді:

мұндағы - кернеу амплитудасы, - бастапқы фаза.

Айнымалы ток тізбегіндегі конденсатор және катушка

Айнымалы ток тізбегіндегі актив кедергі

Резистор мен жалғағыш сымдардан тұратын қарапайым тізбектің қысқыштарындағы кернеу

u =U _m cos ωt заңымен өзгерсін . Бізге бұрыннан белгілі R кедергіні айнымалы ток тізбегіндегі активті кедергі деп атайды. Ток күші мен кернеудің лездік мәндері үшін Ом заңы орындалады.

Электр тізбегін құрастырамыз. Актив кедергілер - өткізгіштер мен кабельдер.

Сәйкес формулаларды қорытып шығарамыз

$i = \ \frac{U}{R} = \frac{U_{m}}{R}cos\omega t = I_{m}cos\omega t$ ; P= iR; $P = I_{m}^{2}R\cos_{}^{2}\omega t$ ;

$cos\omega t = \ \frac{1 + cos\omega t}{2}$ ; $P = \frac{I_{m}^{2}R}{2} + \ \frac{I_{m}^{2}R}{2}cos^{2}\omega t; \overline{P} = \frac{I_{m}^{2}R}{2}$ ; $\frac{I_{m}^{2}R}{2} = \ I^{2}R$ ;

$I = \ \frac{I_{m}}{\sqrt{2}}$ ; $U = \ \frac{U_{m}}{\sqrt{2}};$

Сәйкес графиктерін салып, олардың векторлық диаграммасын саламыз.

Актив кедергісі бар өткізгіште ток күшінің тербелісі фаза бойынша кернеудің тербелісімен дәл келеді, фазалық ығысуы 0 -ге тең.

Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі

Конденсатор қосылған тізбектен тұрақты ток жүрмейді, себебі бұл жағдайда тізбек тұйық емес, конденсатордың астарларының арасы диэлектрикпен бөлінген. Бірақ конденсаторды айнымалы кернеу көзіне қосса, ол үнемі қайта зарядталып отырады да тізбек арқылы ток жүреді.

u = U _m cosωt; q= q _m cosωt; i= q ^’ ;

Описание: 11111.JPG i= q ^’ =U _m C sinωt = U _m C cos(ωt+π/2) ;

I _m = U _m Cω; $\mathbf{X}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\omega C}}\mathbf{; }\mathbf{I}_{\mathbf{m}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{u}_{\mathbf{m}}}{\mathbf{X}_{\mathbf{c}}}$ ;

Бұл алынған екі теңдеуді салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: тізбектегі ток күшінің тербелістері кернеу тербелістерінен фаза бойынша π/2-ге озады.

Сәйкес векторлық диаграмасын саламыз.

Айнымалы ток тiзбегiндегi индуктивтiк катушка.

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтік катушка қосымша кедергі тудырады, мұны өздік индукция құбылысымен түсіндіруге болады.

$e_{is} = - l\frac{\mathrm{\Delta}i}{\mathrm{\Delta}t} = \ - Li'; iR = e_{is} + u$ ; R=0; $\ u = - e_{is}$ ;

$i = I_{m}sin\omega t$ ; $e_{is} = - L\acute{i =} - \omega LI_{m}\cos\omega t$ ;

$u = \omega LI_{m}\cos\omega t = \omega L = U_{m}\sin\left( \omega t + \frac{\pi}{2} \right)$ ;

$Описание: C:\Documents and Settings\user\Рабочий стол\4.jpg$ $U_{m} = \omega LI_{m}$ ; $I_{m} = \frac{U_{m}}{\omega L}$ ; $X_{L} = \omega L$ ; $I = \frac{U}{X_{L}}$ ; ${i = I}_{m}\sin\omega t$ ;

$u = \omega LI_{m}\cos\omega t = U_{m}\sin\left( \omega t + \frac{\pi}{2} \right)$

Теңдеулерін салыстыра отырып, мынадай қорытындыға келеміз: катушкадағы ток күшінің тербелісі кернеу тербелісінен фаза бойынша π /2 -ге артта қалады.

Индуктивтік кедергідегі ток пен кернеудің сәйкес векторлық диаграмасын саламыз.

Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы

Бір-біріне тізбектей жалғанған индуктивтігі L катушкадан, сыйымдылығы С конденсатордан және кедергісі R резистордан тұратын тізбектің қысқыштарына u = U _m cosωt кернеу түсірейік. Ток полюстеріндегі лездік кернеу оның жеке бөліктеріндегі кернеудің лездік мәндерінің қосындысына тең U = U _R +U _L +U _C ;

U=U _Rm cosωt+U _Cm cos(ωt-π/2) + U _Lm cos(ωt+π/2)

Түсірілген кернеудің U _m амплитудасын векторлардың қосындысы ретінде табуға болады, яғни U=U _Rm +U _Cm + U _{Lm ;}

$U_{m} = \sqrt{U_{mR}^{2} + \left( U_{mL} - U_{mC} \right) ^{2}}$ ;

$U_{m} = \sqrt{I_{m}^{2}R^{2} + \left( I_{m}X_{L} - I_{m}X_{C} \right) ^{2}}$ ;

$U_{m} = I_{m}\sqrt{R^{2} + \left( X_{L} - X_{C} \right) ^{2}}$ ;

$I_{m} = \frac{U_{m}}{\sqrt{R^{2} + \left( X_{L} - X_{C} \right) ^{2}}}$ ; $I_{m} = \frac{U_{m}}{\sqrt{R^{2} + \left( \omega L - \frac{1}{\omega C} \right) ^{2}}}$ ;