Электр энергиясы

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе . . . 3

Айнымалы ток . . . 4
Сипаттамалар . . . 4
Өндірілуі . . . 4
Таралуы, түрленуі . . . 5
Айнымалы ток генераторы . . . 7

Қорытынды . . . 9

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 10

Кіріспе

Қазіргі уақытта электр энергиясы барлық өнеркәсіп салаларында, транспортта, ауылшаруашылығында, ұй тұрмысында, тағы басқа халықтың тұрмыс қажеттілігіне кеңінен пайдаланады.

Электр техникасы деп электр магниті құбылыстарын практика жүзінде кең салада қолдануын айтамыз. Барық электр техникасы салалары бір-бірімен байланысты болғандықтан, техникалық жоғарғы оқу орындарында «Электр техникасының теориялық негіздері» курын ашуға тура келді. Бұл курс әр түрлі электр техникасы пәндерінің негізкі базасы болып есептелінеді.

Осы курстың негізгі бір міндеті, олқұбылыстарды токтар, кернеулер, қуаттар, магнит ағымдары тағы басқа түсініктер арқылы есептеу, зерттеу. Сондай-ақ тағы бір атқаратын міндеті ол құбылыстарды электр кернеулігі, магнит өрісінің идукциясы, қуат ағымдары тағы басқа түсініктер арқылы есептеу, зерттеу. Осы міндеттердің біріншісі тізбектерді, ал екіншісі электр магниті өрістерін есептеуге, зерттеуге арналған.

Электр техникасының өсіп-дамуы электр магниті құбылыстарын жете зерттеуді, оқып білуді, практика жүзінде пайдалануды керек етеді. Осы зор еңбекте, ізденуде көптеген жаңалықтарды ашуда орыс инженерлерінің, ғалымдарының қосқан үлесі аз емес. Олар шет елдердің көнекті ғалымдарымен бірлесе отырып електр техникасының маңызды саларыныңбастамасына жол ашты. Осы бастаманы бастағандардың бірі - М. Б. Ломоносов. Ол атмосфера электрі атты теориясын құрды. Заттың салмағының сақталу және қозғалыс заңдарын ашты.

А. Вольта (Италия физигі) ойлап тапқан гальваникалық элементтер бағанасынан кейін электр тогын алуға мүмкіншілік туды. 1802 жылы В. В. Петов электр тізбегіндегі процестерді зерттеп электр доғасын ашты және осыларды іс жүзінде жарық шығаруға, металды балқытуға, металдарды пісіріп жалғастыруға пайдалануға болады деген көз қарасын айтты.

Ағылшын ғалымы М. Фарадей 1831 жылы электр магниттік индукция заңын және оның құбылыстарын ашып, дамуына зор үлес қосты.

1883 жылы орыс академигі Э. Х: Ленц индукциялық токтардың бағыттарының араларындағы заңдылықты ашты және олардың электр магниттік, электр динамикалық байланыстарының бар екендігін ашты. Соның ішінде электр магниттік индукциясы негіздерін де ашты. 1844 жылы ол ағылшын зерттеушісі Джоульға тәуелсіз сым темір арқылы ток өткенде шығатын жылу мөлшері сол сымның кедергісіне және сондағы токтың квадратына тура пропорционал екенін анықтады. Әлемде бірінші рет Россияда П. Л. Шилинг1832 жылы электр магниті телеграфын түрғызды.

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.

Сипаттамалар

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.

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.

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 (t) ішінде мынадай заң бойынша өзгереді:

$i(t)=I_\mathrm{m}\cdot\sin(\omega t + \alpha)$ , мұндағы $I_\mathrm{m}$ - ток амплитудасы, $\omega= 2\pi$ ƒ- токтың бұрыштық жиілігі, $\alpha$ - бастапқы фаза.

Сондай жиіліктегі кернеу де синусоидалық заң бойынша өзгереді:

$u(t)=U_\mathrm{m}\cdot\sin(\omega t + \beta)$ , мұндағы $U_\mathrm{m}$ - кернеу амплитудасы, $\beta$ - бастапқы фаза (2-сурет) .

Мұндай айнымалы токтың әсерлік мәндері мынаған тең болады:

$I_\mathrm{}=\frac{I_\mathrm{m}}{\sqrt{2}}$ ≈ 0, 707 $I_\mathrm{m}$ ,

$U_\mathrm{}=\frac{U_\mathrm{m}}{\sqrt{2}}$ ≈ 0, 707 $U_\mathrm{m}$ .

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтілік не сыйымдылықтың болуына байланысты ток күші ( ) мен кернеу ( ) арасында $\varphi = \beta - \alpha$ фаза ығысуы пайда болады. Фаза ығысуы салдарынан ваттметрмен өлшенетін айнымалы токтың орташа қуаты ( ) әсерлік ток мәні мен әсерлік кернеу мәнінің көбейтіндісінен кем болады:

$P = IU\cdot\cos(\varphi)$ .

Индуктивтілік те, сыйымдылық та болмайтын тізбекте ток фаза бойынша кернеумен сәйкес келеді (3-сурет) . Токтың әсерлік мәндеріне арналған Ом заңы мұндай тізбекте тұрақты ток тізбегіндегідей пішінде болады:

$I = \frac{U}{r}$ , мұндағы - тізбектегі актив қуат ( ) бойынша анықталатын тізбектің актив кедергісі $r = \frac{P}{I^2}$ .

Тізбекте индуктивтілік ( ) болған жағдайда айнымалы ток сол тізбекте өздік индукцияның ЭҚК-н ( электр қозғаушы күші) индукциялайды:

$e_\mathrm{L} = -L$ Һ ${di \over dt} = - \omega L I_\mathrm{m}\cdot\cos(\omega t + \alpha) = \omega L I_\mathrm{m}\cdot\sin(\omega t + \alpha - \frac{\pi}{2})$ .

Өздік индукцияның ЭҚК-і ток өзгерісіне кері әсер етеді, сондықтан тек индуктивтілік бар тізбекте ток фаза бойынша кернеуден ширек периодқа, яғни $\varphi = \frac{\pi}{2}$ -ге қалыс қалады (4-сурет) . $e_\mathrm{L}$ -дің әсерлік мәні:

$E_\mathrm{L} = I \omega L = I x_\mathrm{L}$ , мұндағы $x_\mathrm{L} = \omega L$ - тізбектегі индуктивтік кедергі . Мұндай тізбекте Ом заңы былайша өрнектеледі:

$I = \frac{U}{x_\mathrm{L}} = \frac{U}{\omega L}$ .

Сыйымдылық ( ) шамасы -ге тең кернеуге қосылғанда, оның заряды:

q = C u .

Периодты түрде өзгеріп отыратын кернеу периодты түрде өзгеретін зарядты тудырады, сөйтіп мына формуламен анықталатын сыйымдылық тогі ( ) пайда болады:

$i = {dq \over dt} = C$ Һ ${du \over dt} = \omega C U_\mathrm{m}\cdot\cos(\omega t + \beta) = \omega C U_\mathrm{m}\cdot\sin(\omega t + \beta + \frac{\pi}{2})$ .

Сөйтіп сыйымдылық арқылы өтетін синусоидалы айнымалы ток, фаза бойынша оның қысқыштарындағы кернеуден ширек периодқа, яғни $\varphi = -\frac{\pi}{2}$ озып кетеді (5-сурет) . Мұндай тізбектегі әсерлік мәндер мына қатынаспен байланысты:

$I = \omega C U = \frac{U}{x_\mathrm{C}}$ , мұндағы $x_\mathrm{C} = \frac{1}{\omega C}$ - тізбектің сыйымдылық кедергісі .

Егер айнымалы ток тізбегі тізбектей жалғастырылған , және -тен тұрса, онда оның толық кедергісі мынаған тең болады:

$z = \sqrt{r^2 + x^2}$ , мұндағы $x = x_\mathrm{L} - x_\mathrm{C} = \omega L - \frac{1}{\omega C}$ .

Айнымалы ток тізбегіндегі реактивті кедергі . Осыған сәйкес, Ом заңы мына түрде өрнектеледі:

$I = \frac{U}{z} = \frac{U}{\sqrt{r^2 + (\omega L - \frac{1}{\omega C})^2}}$ .

Ал ток пен кернеу арасындағы фаза ығысуы тізбектегі реактивті кедергінің актив кедергіге қатынасымен анықталады:

$tg \varphi = \frac{x}{r}$ .

Айнымалы ток генераторы

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:

индуктор - магнит өрісін тудыратын қондырғы. Бұл тұрақты магнит не электромагнит болуы мүмкін;
якорь - ЭҚК индукцияланатын (пайда болатын) орама;
щеткалар мен сақиналар - айналып тұрған бөліктерден индукциялық токты шығарып алатын немесе электромагниттерге қоректенетін ток беретін қондырғылар.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.