Тұрақты ток тізбектері
1.1. Кiрiспе.Тұрақты токтың электр тiзбектерi
1.2. ЭҚК.көзі. Кирхгоф заңдары
АЙНЫМАЛЫ (СИНУСОИДАЛ) ТОК ТІЗБЕКТЕРІ. ҮШ ФАЗАЛЫ ЭҚК
ЭЛЕКТРОНДЫҚ ШАМДАР. ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШ АСПАПТАР
Электрондық шамдар және олардың түрлері
Жартылай өткізгіш аспаптар
1.2. ЭҚК.көзі. Кирхгоф заңдары
АЙНЫМАЛЫ (СИНУСОИДАЛ) ТОК ТІЗБЕКТЕРІ. ҮШ ФАЗАЛЫ ЭҚК
ЭЛЕКТРОНДЫҚ ШАМДАР. ЖАРТЫЛАЙ ӨТКІЗГІШ АСПАПТАР
Электрондық шамдар және олардың түрлері
Жартылай өткізгіш аспаптар
Электрлендіру өнеркәсібінде электр энергиясын оның көзінен электр қабылдағыштарға жеткізу, тарату және басқару үшін әртүрлі қондырғылар мен құрылғыларды сым арқылы бірімен-бірін қосып электр тізбегін құрастырады.
Электр тізбегі деп электрлік принциптері электр қозғаушы күш (ЭҚК), ток және кернеу ұғымдарымен түсіндірілетін, электр тогы жүретін жол түзетін қондырғылар мен құрылғылардың жиынтығын айтады. Электр тізбегі үлкен үш бөліктен тұрады: электр энергиясы көздерінен, электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын және оны басқаратын қондырғылар мен құрылғылардан және электр қабылдағыштардан.
Электр энергиясының көзі деп басқа бір энергияны электр энергиясына түрлендіруге арналған қондырғыны немесе аспапты айтады. Мысалы, аккумулятор, электр генераторы (машина), термоэлектр генераторы, фотоэлемент, т.б.
Электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын құрылғылар мен қондырғыларға және басқаратын аспаптарға: электр желілері, трансформаторлар, ажыратқыштар, сақтандырғыштар, релелер т.с.с. жатады.
Электрлік қабылдағыш деп, әдетте, электр энергиясын басқа энергияға түрлендіруге арналған қондырғыны, құрылғыны немесе аспапты айтады. Мысалы, электрлік қозғалтқыштарда электр энергиясы негізінен механикалық энергияға түрленсе, электролиз астауларында химиялық реакцияның энергиясына түрленеді.
Электр тізбектерін әртүрлі мақсаттағы жұмыстарды орындау үшін графикалық түрде кескіндейді. Электр тізбегінің шартты белгілер арқылы келтірілген графикалық кескіні электрлік схема деп аталады (14.1-сурет). Электрлік схемалар мақсатына қарай монтаждық, функциялық, парқылық, орынбасарлық т.с.с. болып бөлінеді. Шартты белгілердің графикалық кескінін және мөлшерін халықаралық шартты белгілерге сәйкестендіре отырып Мемлекеттік Стандарт (МСт) қабылдаған. Сондықтан олардың кескінін және мөлшерін бұрмалауға болмайды.
Электр тізбегі деп электрлік принциптері электр қозғаушы күш (ЭҚК), ток және кернеу ұғымдарымен түсіндірілетін, электр тогы жүретін жол түзетін қондырғылар мен құрылғылардың жиынтығын айтады. Электр тізбегі үлкен үш бөліктен тұрады: электр энергиясы көздерінен, электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын және оны басқаратын қондырғылар мен құрылғылардан және электр қабылдағыштардан.
Электр энергиясының көзі деп басқа бір энергияны электр энергиясына түрлендіруге арналған қондырғыны немесе аспапты айтады. Мысалы, аккумулятор, электр генераторы (машина), термоэлектр генераторы, фотоэлемент, т.б.
Электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын құрылғылар мен қондырғыларға және басқаратын аспаптарға: электр желілері, трансформаторлар, ажыратқыштар, сақтандырғыштар, релелер т.с.с. жатады.
Электрлік қабылдағыш деп, әдетте, электр энергиясын басқа энергияға түрлендіруге арналған қондырғыны, құрылғыны немесе аспапты айтады. Мысалы, электрлік қозғалтқыштарда электр энергиясы негізінен механикалық энергияға түрленсе, электролиз астауларында химиялық реакцияның энергиясына түрленеді.
Электр тізбектерін әртүрлі мақсаттағы жұмыстарды орындау үшін графикалық түрде кескіндейді. Электр тізбегінің шартты белгілер арқылы келтірілген графикалық кескіні электрлік схема деп аталады (14.1-сурет). Электрлік схемалар мақсатына қарай монтаждық, функциялық, парқылық, орынбасарлық т.с.с. болып бөлінеді. Шартты белгілердің графикалық кескінін және мөлшерін халықаралық шартты белгілерге сәйкестендіре отырып Мемлекеттік Стандарт (МСт) қабылдаған. Сондықтан олардың кескінін және мөлшерін бұрмалауға болмайды.
ТҰРАҚТЫ ТОК ТІЗБЕКТЕРІ
1.1. Кiрiспе.Тұрақты токтың электр тiзбектерi
1. Электр энергиясы: ерекшелiктерi және оның қоршаған ортаға әсерi.
2. Қазақстандағы электроэнергетиканың жағдайы және оның болашағы.
3. Электротехника пәнiнiң мақсаттары мен мазмұны.
Тұрақты токтың электр тiзбектерi: негiзгi түсiнiктер
1.1-сурет. Электр тізбегінің схемасы (а) мен тізбек элементтерінің
шартты белгілері (б): 1-электр энергиясының көзі; 2-екі полюсті ажыратқыш;
3-сақтандырғыш; 4-электр қабылдағыш.
Электрлендіру өнеркәсібінде электр энергиясын оның көзінен электр
қабылдағыштарға жеткізу, тарату және басқару үшін әртүрлі қондырғылар мен
құрылғыларды сым арқылы бірімен-бірін қосып электр тізбегін құрастырады.
Электр тізбегі деп электрлік принциптері электр қозғаушы күш (ЭҚК),
ток және кернеу ұғымдарымен түсіндірілетін, электр тогы жүретін жол түзетін
қондырғылар мен құрылғылардың жиынтығын айтады. Электр тізбегі үлкен үш
бөліктен тұрады: электр энергиясы көздерінен, электр энергиясын
тасымалдайтын, тарататын және оны басқаратын қондырғылар мен құрылғылардан
және электр қабылдағыштардан.
Электр энергиясының көзі деп басқа бір энергияны электр энергиясына
түрлендіруге арналған қондырғыны немесе аспапты айтады. Мысалы,
аккумулятор, электр генераторы (машина), термоэлектр генераторы,
фотоэлемент, т.б.
Электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын құрылғылар мен
қондырғыларға және басқаратын аспаптарға: электр желілері,
трансформаторлар, ажыратқыштар, сақтандырғыштар, релелер т.с.с. жатады.
Электрлік қабылдағыш деп, әдетте, электр энергиясын басқа энергияға
түрлендіруге арналған қондырғыны, құрылғыны немесе аспапты айтады. Мысалы,
электрлік қозғалтқыштарда электр энергиясы негізінен механикалық энергияға
түрленсе, электролиз астауларында химиялық реакцияның энергиясына
түрленеді.
Электр тізбектерін әртүрлі мақсаттағы жұмыстарды орындау үшін
графикалық түрде кескіндейді. Электр тізбегінің шартты белгілер арқылы
келтірілген графикалық кескіні электрлік схема деп аталады (14.1-сурет).
Электрлік схемалар мақсатына қарай монтаждық, функциялық, парқылық,
орынбасарлық т.с.с. болып бөлінеді. Шартты белгілердің графикалық кескінін
және мөлшерін халықаралық шартты белгілерге сәйкестендіре отырып
Мемлекеттік Стандарт (МСт) қабылдаған. Сондықтан олардың кескінін және
мөлшерін бұрмалауға болмайды.
Электр тізбегіндегі әрбір қондырғы, құрылғы немесе аспап тізбектің
элементі деп аталады. Тізбек элементтерін шартты графикалық белгілермен
қатар, шартты әріптермен белгілеу де қабылданған. Мысалы, электр энергиясы
көзін G әрпімен белгілеу қабылданған, ал графикалық белгілеудегі тiлсызық
(стрелка) әрқашанда қорек көзінің потенциалы жоғары нүктесін көрсетіп тұруы
керек. Тізбектің бір ток жүретін бөлігі тармақ деп аталады. Қарастырылып
отырған тізбекте үш тармақ бар: cdGab, bR3c және bR4c.
Үш не одан да көп тармақтардың қосылған нүктесі түйін деп аталады
(суретте б және c). Электрлік схемада түйінді нүкте қойып белгілейді. Егер
нүкте қойылмаса, онда сымдар электрлік байланыспаған, айқасып қана жатыр
деп есептелінеді.
Тізбектің ток жүретін кез келген тұйықталған бөлігі өнбой (контур) деп
аталады. Келтірілген тізбекте үш контур бар: bR3cdGab, bR4cR3b және сыртқы
контур bR4cdGab. Ең болмаса бір тармағы бойынша айырықшаланатын контурларды
өзара тәуелсіз контурлар деп атайды.
Электр тізбегінде элементтер бірізді (тізбектей), параллель және
аралас түрде жалғанады. Егер тізбек элементтері олармен бір ток өтетіндей
етіп, яғни бірінің аяғы екіншісінің басымен, екіншінің аяғы үшіншісінің
басымен т.с.с. жалғанса, онда мұндай жалғануды бірізді жалғау деп атайды.
Егер тізбек элементтері бір кернеулі болатындай етіп, яғни бастары бір
түйінделіп, ал аяқтары өзара бір түйінделіп жалғанса, онда мұндай жалғануды
параллель жалғау деп атайды. Суретте R1 мен R2 электр қабылдағыштары
бірізді, ал R3 пен R4 электр қабылдағыштары параллель жалғанған. Егер
тізбекте элементтер бірізді және параллель жалғанған болса, онда мұндай
жалғану аралас жалғау деп аталады. Қарастырылып отырған тізбекте тізбек
элементтері аралас жалғанған.
Ток жоқ кезде қысқыштарында кернеуі бар элемент активті, ал ток жоқ
кезде кернеуі де жоқ элемент пассивті элемент деп аталады. Қорек көздері
активті де, ал электр қабылдағыштар пассивті болып табылады.
Әрбір пассивті элементтің кернеуі, тогы және кедергісі Ом заңы
бойынша байланысқан:
мұндағы: U - кернеу; R - кедергі; І - ток күші.
Тізбек элементінің кернеуі деп оның басы мен аяғының арасындағы
потенциалдар айырымын айтады. Оны, яғни RІ көбейтіндісін кернеудің түсуі
деп те атайды. Пассивті элементте кернеу мен ток әрқашанда бағыттас болады:
олар потенциалы жоғары нүктеден потенциалы төмен нүктеге бағытталады.
Мысалы, R1 элементінің кернеуі (1.1-сурет) R2 элементінің кернеуі
R3 элементі мен R4 элементі параллель жалғанғандықтан кернеулері
өзара тең болады, яғни
Потенциалдар айырымы, яғни кернеу өткізгіште ток тудырады:
Потенциалдары бірдей нүктелердің арасында кернеу болмайды, сондықтан ток
жүрмейді.
Элементтің кернеуінің тогынан тәуелділігін оның вольт-амперлік
сипаттамасы деп атайды. Әдетте, элементтің тогы өскен сайын кернеуі де өсіп
отырады. Бірақ осы байланысты көрсететін график - вольт-амперлік сипаттама,
түзу сызық немесе қисық сызық болуы мүмкін (1.2-сурет). Бұл элементтің
кедергісіне байланысты: егер элементтің кедергісі тұрақты болса, онда
вольт-амперлік сипаттама түзу сызық та, ал элементтің кедергісі токтың
әсерінен өзгеріп отырса, онда вольт-амперлік сипаттама қисық сызық болады.
Вольт-амперлік сипаттамасы түзу сызық болатын элементтер сызықты, ал қисық
сызық болатын элементтер бейсызықты (түзу сызықты емес) элементтер деп
аталады.
1.2. ЭҚК-көзі. Кирхгоф заңдары
1. ЭҚК және идеал ЭҚК көздерi.
2. Тiзбектiң сипатты жұмыс күйлерi: номинал, бос жүрiс, қысқа
тұйықталу, асқын жүктелу.
3. Кирхгофтың бiрiншi заңы.
4. Кирхгофтың екiншi заңы.
Электр қозғаушы күші және ішкі кедергісі бар электр энергиясының көзі
электр қозғаушы күш көзі деп аталады (14.3, а-сурет). Егер ЭҚК көзіне
электр қабылдағыш қосса, онда тізбекпен жүретін ток:
Бұдан (1.1)
мұндағы: E – электр қозғаушы күш; R – электр қабылдағыштың кедергісі; Rі
– ЭҚК көзінің ішкі кедергісі. (14.1) өрнегінен ЭҚК көзінің кернеуі
Бұл өрнек ЭҚК көзінің тогы, яғни жүгі өскен кезде, ішкі кедергідегі
кернеудің түсуінің өсетіні себепті, кернеуінің азаятындығын көрсетеді. Ал
кернеудің төмендеуі электр қабылдағыштың жұмыс режиміне жағымсыз әсер
етеді. Сондықтан ЭҚК көзінің ішкі кедергісі электр қабылдағыштың
кедергісінен әлдеқайда аз болатындай етіп жасалады, яғни Rі R болады.
Ішкі кедергісі нольге тең деп алынған ЭҚК көзі идеал ЭҚК көзі немесе
кернеу көзі деп аталады (1.3,б-сурет). Идеал ЭҚК көзінің кернеуі токтан,
яғни жүктен тәуелсіз және тұрақты деп есептелінеді, өйткені RіІ = 0 ,
сондықтан U = E (1.3, в-сурет, 1- вольт-амперлік сипаттама).
Электрлік қондырғылар мен құрылғылар пайдалы әрекет коэффициенті ең
жоғары және экономикалық тиімді жұмыс режимін қамтамасыз ететін электрлік
және электромеханикалық шамаларға есептеліп жасалады. Қондырғылар мен
құрылғылардың паспортында оларды істеп шығарған завод көрсеткен шамалардың
мәндерін номинал мәндер деп атайды. Мысалы, электрлік қозғалтқыштың номинал
қуаты Рн, номинал кернеуі Uн, номинал тогы Ін, номинал пайдалы әрекет
коэффициенті ηн, номинал қуат коэффициенті cosφн, т.с.с. деп айтылады.
Тізбек элементінің паспорттық мәндеріне сәйкесті жұмыс күйін номинал режимі
деп атайды. Егер элементтің қандай да болмасын бір электрлік шамасы
паспорттық мәніне сәйкес келмесе, бұл оның тиімсіз жұмыс істеп тұрғанын
көрсетеді. Сонымен, тізбек элементі номинал режимінде жұмыс істеуі үшін
кернеуі U=Uн, тогы І=Ін болуы керек.
Қондырғының немесе құрылғының жүксіз жұмыс күйін бос жүріс режимі деп
атайды. Элементтің бос жүрістік жұмыс күйіндегі шамаларына бос жүріс сөзі
қосылып айтылады: бос жүріс кернеуі Uб, бос жүріс тогы Іб, бос жүріс қуаты
Pб, бос жүрістік пайдалы әрекет коэффициенті ηб , т.с.с. Бос жүріс
режимінде элементтің кернеуі U = Uб = Uн, тогы І = Іб Ін, қуаты P =
Pб Pн, пайдалы әрекет коэффициенті ηб η н . Бос жүріс режимінде
энергияның шығыны салыстырмалы алғанда үлкен болатындықтан пайдалы әрекет
коэффициенті өте төмен болады. Сондықтан қондырғының, құрылғының бос
жүрісін мүмкіндігінше болдырмау керек.
Тізбек элементінің кедергісінің өте азаюы немесе аздығы салдарынан
тогының өсуі себепті апаттық жағдайдағы жұмыс күйін қысқа тұйықталу деп
атайды. Қысқа тұйықталу кезінде қысқа тұйықталу кернеуі Uқ ≈ 0, ал қысқа
тұйықталу тогы Іқ Ін болады. Номинал тогынан көп үлкен токтың әсерінен
сымдар қызып оқшауы балқиды, жалаңаштанып бір-біріне тиіп тұйықталады да,
кедергісі одан әрі азаяды. Ток одан әрі өсіп, егер осы уақыт ішінде қорғау
элементтерi іске асырылмаса, тізбектің істен шығып қалуы мүмкін. Сондықтан
қысқа тұйықталу тогынан қорғау үшін әртүрлі аспаптар мен сақтандырғыштар
қолданылады. Олар қажетті уақыт ішінде іске қосылып, тізбекті қорек көзінен
ажыратып, токсыздандырады.
Әдетте, тізбектің түйінінде бірнеше ток тоғысып жатады: бірнеше ток
түйінге келіп жатса, бірнеше ток түйіннен шығып жатады. Мысалы, 14.4-
суретте в түйінінде І1, І2 токтары түйінге кіріп жатыр да, ал І3 тогы
түйіннен шығып жатыр, d түйінінде І5 тогы түйінге кіріп, І1, І2, І4
токтары түйіннен шығып, f түйінінде І3, І4 токтары түйінге кіріп, І5
тогы түйіннен шығып жатыр.
Тізбек нүктелерінің потенциалдары тізбектегі қорек көздерінің ЭҚК-тері
мен тізбек элементтерінің кедергілеріне байланысты тізбек бойында әртүрлі
мәндерге ие болады. Сондықтан түйінде тоғысқан токтардың бағыттары да
әртүрлі болады. Кирхгофтың бірінші заңы осындай түйінде тоғысқан токтардың,
яғни түйінге кіріп жатқан токтар мен түйіннен шығып жатқан токтардың ара
қатынасын тағайындайды.
(14.2)
(14.2) өрнегі Кирхгофтың бірінші заңының өрнектері болып табылады.
Кирхгофтың бірінші заңы “түйінге кіріп және түйіннен шығып жатқан токтардың
алгебралық қосындысы нольге тең” немесе “түйінде тоғысқан токтардың
алгебралық қосындысы нольге тең” (14.2-өрнек) деп тұжырымдайды.
Кирхгофтың екінші заңын былайша тұжырымдауға болады: “тізбектің кез-
келген екі нүктесінің арасындағы кернеу мен осы екі нүктені қосып тұрған
тізбек бөлігіндегі кернеулердің алгебралық қосындысы тізбектің осы
бөлігіндегі ЭҚК-тердің алгебралық қосындысына тең”.
Нег. 4 [3-25], 11[4-23]
Қос. 10 [1-Т. 97-125]
Бақылау сұрақтары:
1. Электр тiзбектерiндегi топологиялық ұғымдарды атаңыз және оларға
анықтама берiңiз.
2. Сызықты және бейсызықты элементтер деп қандай элементтердi айтады?
3. Вольт-амперлiк сипаттама деген не?
4. Тiзбек элементiнiң параметрлерi элементтiң қандай қасиеттерiн
сипаттайды?
5. Орынбасарлық схема деп қандай схеманы айтады? Ол не үшiн құрылады?
6. ЭҚК және идеал ЭҚК көздерi деп қандай электр энергиясы көздерiн айтады?
7. ЭҚК-тiң, кернеудiң және токтың шартты оң бағыттары қалай таңдап
алынған?
8. Бос жүрiс деп тiзбектiң қандай жұмыс күйiн айтады?
9. Электрлiк қондырғының номинал шамалары деген оның қандай шамалары?
10. Кирхгоф заңдары тiзбектiң қандай бөлiгiнде және қандай шамалардың ара
қатынасын көрсетедi?
2-дәрістік сабақ
АЙНЫМАЛЫ (СИНУСОИДАЛ) ТОК ТІЗБЕКТЕРІ. ҮШ ФАЗАЛЫ ЭҚК
1. Үш фазалы синхронды генератордың құрылысы және әрекеттiк принципі.
2. Үш фазалы симметриялы ЭҚК-тер жүйесi.
3. Үш фазалы генератор орамаларын жалғау схемалары. Фазалық және желiлiк
кернеулер.
4. Синусоидал шамалардың әрекеттiк және орташа мәндерi.
Электр энергиясымен жабдықтау, әдетте, үш фазалы айнымалы
(синусоидал) токпен орындалады. Синустың заңдылығы, яғни синусоида қисығы
бойынша өзгеріп отыратын айнымалы токты синусоидал ток деп атайды. Үш
фазалы синусоидал токтың басқа токтарға қарағанда кең қолданылуы оның
мынадай артықшылықтарына байланысты болды:
-үш фазалы ток тізбегінде сан мәндері әртүрлі екі кернеу болады;
-үш фазалы айнымалы ток арқылы айнымалы токтық қозғалтқыштарда
айналмалы магнит өрісі қоздырылады (онсыз олар жұмыс істей алмайды);
-электр энергиясын алыс жерлерге беру және оны электр қабылдағыштары
арасында тарату үшін қолданылатын қондырғылар мен құрылғылар басқа ток
тізбектерімен салыстырғанда қарапайым және экономикалық жағынан алғанда
тиімді.
Электр энергиясы электр станцияларында үш фазалы синусоидал ток
генераторларында өндіріледі. Қазіргі кезде тұрақты ток көбіне айнымалы
токты түзету арқылы алынады, ал бір фазалы ток деген сол үш фазалы токтың
бір фазасы ғана. Сондықтан, жалпы алғанда, айнымалы ток тізбегін үш фазалы
ток генераторын және үш фазалы ЭҚК-ті алу принципін қарастырудан бастаған
жөн.
15.1-сурет. Үш фазалы ЭҚК-тер жүйесін алу принципін түсіндіретін схема
Өзара 1200 жасап орналасқан және бір оське бекітілген, сымнан жасалған
орам түзетін үш жақтауша тұрақты магнит өрісінде ω бұрыштық жылдамдықпен
айналып тұрсын (15.1-сурет). Электромагниттік индукция заңы бойынша
жақтаушалар магнит өрісінің күш сызықтарын қиып өткенде оларда ЭҚК пайда
болады.
Қарастырып отырған мезетте пайда болған ЭҚК-тің мәні (оны лездік мән
деп атайды)
(15.1)
мұндағы: В - өрістің магнит индукциясы; ℓ- сымның активті (магнит күш
сызықтары қиып жатқан) ұзындығы; vn - жақтаушаның сызықтық жылдамдығының
магнит индукциясына нормаль сызыққа проекциясы.
Жақтауша магнит күш сызықтарын уақытқа байланысты белгілі-бір α = ωt
бұрышпен қиып өтіп жататындықтан:
Егер сызықтық жылдамдықтың мәнін (15.1) теңдігіне қойса
Жақтауша магнит күш сызықтарын перпендикуляр бойымен қиып өткенде
бұрыш (t=900, ал сызықтық жылдамдықтың нормаль құраушысы
vn=v болатындықтан ЭҚК өзінің ең үлкен (максимал) мәніне (амплитудасына)
ие болады:
ЭҚК-тің максимал мәнін алдыңғы теңдікке қойса
(15.2)
Бұл өрнек жақтаушалардың ЭҚК-терінің -Еm - нен +Em -ге дейінгі
мәндерді қабылдай отырып, синусоида бойынша өзгеретінін көрсетеді.
Синусоида бойымен ЭҚК-тің өзгерісі белгілі бір уақыттан кейін қайталанып
отырады. Мұндай, өзгеру заңдылығы белгілі бір уақыттан кейін қайталанып
отыратын шаманы периодты шама деп атайды. Периодты шаманың толық бір
өзгерісінің уақытын период деп атап, Т әрпімен белгілейді. Периодты шаманың
бір секунд ішіндегі толық өзгерістерінің санын жиілік деп атайды: f =1T.
Жиіліктің өлшем бірлігіне 1Гц (герц) – бір секунд ішіндегі бір толық
өзгеріс алынған. Өнеркәсіптік электрмен жабдықтау жүйелеріндегі үш фазалы
ЭҚК-тің жиілігіне Қазақстанда 50Гц, кейбір шетелдерде 60Гц қабылданған.
Синусоида қисығы 3600-тан кейін қайталанып отыратындықтан ωt
=2π, бұдан
ω =2πT= 2πf.
Cинустың аргументін синусоидал шаманың фазасы деп атайды. Фаза
уақыттан тәуелді өзгеріп отырады және ол қарастырып отырған мезетте шаманың
синусоидадағы орнын көрсетеді. Егер t = 0 болса, онда (15.2) өрнегі бойынша
e = 0, яғни синусоида координаттар басынан өтеді. Ал, координаттар
басынан өтпейтін синусоиданың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
1.1. Кiрiспе.Тұрақты токтың электр тiзбектерi
1. Электр энергиясы: ерекшелiктерi және оның қоршаған ортаға әсерi.
2. Қазақстандағы электроэнергетиканың жағдайы және оның болашағы.
3. Электротехника пәнiнiң мақсаттары мен мазмұны.
Тұрақты токтың электр тiзбектерi: негiзгi түсiнiктер
1.1-сурет. Электр тізбегінің схемасы (а) мен тізбек элементтерінің
шартты белгілері (б): 1-электр энергиясының көзі; 2-екі полюсті ажыратқыш;
3-сақтандырғыш; 4-электр қабылдағыш.
Электрлендіру өнеркәсібінде электр энергиясын оның көзінен электр
қабылдағыштарға жеткізу, тарату және басқару үшін әртүрлі қондырғылар мен
құрылғыларды сым арқылы бірімен-бірін қосып электр тізбегін құрастырады.
Электр тізбегі деп электрлік принциптері электр қозғаушы күш (ЭҚК),
ток және кернеу ұғымдарымен түсіндірілетін, электр тогы жүретін жол түзетін
қондырғылар мен құрылғылардың жиынтығын айтады. Электр тізбегі үлкен үш
бөліктен тұрады: электр энергиясы көздерінен, электр энергиясын
тасымалдайтын, тарататын және оны басқаратын қондырғылар мен құрылғылардан
және электр қабылдағыштардан.
Электр энергиясының көзі деп басқа бір энергияны электр энергиясына
түрлендіруге арналған қондырғыны немесе аспапты айтады. Мысалы,
аккумулятор, электр генераторы (машина), термоэлектр генераторы,
фотоэлемент, т.б.
Электр энергиясын тасымалдайтын, тарататын құрылғылар мен
қондырғыларға және басқаратын аспаптарға: электр желілері,
трансформаторлар, ажыратқыштар, сақтандырғыштар, релелер т.с.с. жатады.
Электрлік қабылдағыш деп, әдетте, электр энергиясын басқа энергияға
түрлендіруге арналған қондырғыны, құрылғыны немесе аспапты айтады. Мысалы,
электрлік қозғалтқыштарда электр энергиясы негізінен механикалық энергияға
түрленсе, электролиз астауларында химиялық реакцияның энергиясына
түрленеді.
Электр тізбектерін әртүрлі мақсаттағы жұмыстарды орындау үшін
графикалық түрде кескіндейді. Электр тізбегінің шартты белгілер арқылы
келтірілген графикалық кескіні электрлік схема деп аталады (14.1-сурет).
Электрлік схемалар мақсатына қарай монтаждық, функциялық, парқылық,
орынбасарлық т.с.с. болып бөлінеді. Шартты белгілердің графикалық кескінін
және мөлшерін халықаралық шартты белгілерге сәйкестендіре отырып
Мемлекеттік Стандарт (МСт) қабылдаған. Сондықтан олардың кескінін және
мөлшерін бұрмалауға болмайды.
Электр тізбегіндегі әрбір қондырғы, құрылғы немесе аспап тізбектің
элементі деп аталады. Тізбек элементтерін шартты графикалық белгілермен
қатар, шартты әріптермен белгілеу де қабылданған. Мысалы, электр энергиясы
көзін G әрпімен белгілеу қабылданған, ал графикалық белгілеудегі тiлсызық
(стрелка) әрқашанда қорек көзінің потенциалы жоғары нүктесін көрсетіп тұруы
керек. Тізбектің бір ток жүретін бөлігі тармақ деп аталады. Қарастырылып
отырған тізбекте үш тармақ бар: cdGab, bR3c және bR4c.
Үш не одан да көп тармақтардың қосылған нүктесі түйін деп аталады
(суретте б және c). Электрлік схемада түйінді нүкте қойып белгілейді. Егер
нүкте қойылмаса, онда сымдар электрлік байланыспаған, айқасып қана жатыр
деп есептелінеді.
Тізбектің ток жүретін кез келген тұйықталған бөлігі өнбой (контур) деп
аталады. Келтірілген тізбекте үш контур бар: bR3cdGab, bR4cR3b және сыртқы
контур bR4cdGab. Ең болмаса бір тармағы бойынша айырықшаланатын контурларды
өзара тәуелсіз контурлар деп атайды.
Электр тізбегінде элементтер бірізді (тізбектей), параллель және
аралас түрде жалғанады. Егер тізбек элементтері олармен бір ток өтетіндей
етіп, яғни бірінің аяғы екіншісінің басымен, екіншінің аяғы үшіншісінің
басымен т.с.с. жалғанса, онда мұндай жалғануды бірізді жалғау деп атайды.
Егер тізбек элементтері бір кернеулі болатындай етіп, яғни бастары бір
түйінделіп, ал аяқтары өзара бір түйінделіп жалғанса, онда мұндай жалғануды
параллель жалғау деп атайды. Суретте R1 мен R2 электр қабылдағыштары
бірізді, ал R3 пен R4 электр қабылдағыштары параллель жалғанған. Егер
тізбекте элементтер бірізді және параллель жалғанған болса, онда мұндай
жалғану аралас жалғау деп аталады. Қарастырылып отырған тізбекте тізбек
элементтері аралас жалғанған.
Ток жоқ кезде қысқыштарында кернеуі бар элемент активті, ал ток жоқ
кезде кернеуі де жоқ элемент пассивті элемент деп аталады. Қорек көздері
активті де, ал электр қабылдағыштар пассивті болып табылады.
Әрбір пассивті элементтің кернеуі, тогы және кедергісі Ом заңы
бойынша байланысқан:
мұндағы: U - кернеу; R - кедергі; І - ток күші.
Тізбек элементінің кернеуі деп оның басы мен аяғының арасындағы
потенциалдар айырымын айтады. Оны, яғни RІ көбейтіндісін кернеудің түсуі
деп те атайды. Пассивті элементте кернеу мен ток әрқашанда бағыттас болады:
олар потенциалы жоғары нүктеден потенциалы төмен нүктеге бағытталады.
Мысалы, R1 элементінің кернеуі (1.1-сурет) R2 элементінің кернеуі
R3 элементі мен R4 элементі параллель жалғанғандықтан кернеулері
өзара тең болады, яғни
Потенциалдар айырымы, яғни кернеу өткізгіште ток тудырады:
Потенциалдары бірдей нүктелердің арасында кернеу болмайды, сондықтан ток
жүрмейді.
Элементтің кернеуінің тогынан тәуелділігін оның вольт-амперлік
сипаттамасы деп атайды. Әдетте, элементтің тогы өскен сайын кернеуі де өсіп
отырады. Бірақ осы байланысты көрсететін график - вольт-амперлік сипаттама,
түзу сызық немесе қисық сызық болуы мүмкін (1.2-сурет). Бұл элементтің
кедергісіне байланысты: егер элементтің кедергісі тұрақты болса, онда
вольт-амперлік сипаттама түзу сызық та, ал элементтің кедергісі токтың
әсерінен өзгеріп отырса, онда вольт-амперлік сипаттама қисық сызық болады.
Вольт-амперлік сипаттамасы түзу сызық болатын элементтер сызықты, ал қисық
сызық болатын элементтер бейсызықты (түзу сызықты емес) элементтер деп
аталады.
1.2. ЭҚК-көзі. Кирхгоф заңдары
1. ЭҚК және идеал ЭҚК көздерi.
2. Тiзбектiң сипатты жұмыс күйлерi: номинал, бос жүрiс, қысқа
тұйықталу, асқын жүктелу.
3. Кирхгофтың бiрiншi заңы.
4. Кирхгофтың екiншi заңы.
Электр қозғаушы күші және ішкі кедергісі бар электр энергиясының көзі
электр қозғаушы күш көзі деп аталады (14.3, а-сурет). Егер ЭҚК көзіне
электр қабылдағыш қосса, онда тізбекпен жүретін ток:
Бұдан (1.1)
мұндағы: E – электр қозғаушы күш; R – электр қабылдағыштың кедергісі; Rі
– ЭҚК көзінің ішкі кедергісі. (14.1) өрнегінен ЭҚК көзінің кернеуі
Бұл өрнек ЭҚК көзінің тогы, яғни жүгі өскен кезде, ішкі кедергідегі
кернеудің түсуінің өсетіні себепті, кернеуінің азаятындығын көрсетеді. Ал
кернеудің төмендеуі электр қабылдағыштың жұмыс режиміне жағымсыз әсер
етеді. Сондықтан ЭҚК көзінің ішкі кедергісі электр қабылдағыштың
кедергісінен әлдеқайда аз болатындай етіп жасалады, яғни Rі R болады.
Ішкі кедергісі нольге тең деп алынған ЭҚК көзі идеал ЭҚК көзі немесе
кернеу көзі деп аталады (1.3,б-сурет). Идеал ЭҚК көзінің кернеуі токтан,
яғни жүктен тәуелсіз және тұрақты деп есептелінеді, өйткені RіІ = 0 ,
сондықтан U = E (1.3, в-сурет, 1- вольт-амперлік сипаттама).
Электрлік қондырғылар мен құрылғылар пайдалы әрекет коэффициенті ең
жоғары және экономикалық тиімді жұмыс режимін қамтамасыз ететін электрлік
және электромеханикалық шамаларға есептеліп жасалады. Қондырғылар мен
құрылғылардың паспортында оларды істеп шығарған завод көрсеткен шамалардың
мәндерін номинал мәндер деп атайды. Мысалы, электрлік қозғалтқыштың номинал
қуаты Рн, номинал кернеуі Uн, номинал тогы Ін, номинал пайдалы әрекет
коэффициенті ηн, номинал қуат коэффициенті cosφн, т.с.с. деп айтылады.
Тізбек элементінің паспорттық мәндеріне сәйкесті жұмыс күйін номинал режимі
деп атайды. Егер элементтің қандай да болмасын бір электрлік шамасы
паспорттық мәніне сәйкес келмесе, бұл оның тиімсіз жұмыс істеп тұрғанын
көрсетеді. Сонымен, тізбек элементі номинал режимінде жұмыс істеуі үшін
кернеуі U=Uн, тогы І=Ін болуы керек.
Қондырғының немесе құрылғының жүксіз жұмыс күйін бос жүріс режимі деп
атайды. Элементтің бос жүрістік жұмыс күйіндегі шамаларына бос жүріс сөзі
қосылып айтылады: бос жүріс кернеуі Uб, бос жүріс тогы Іб, бос жүріс қуаты
Pб, бос жүрістік пайдалы әрекет коэффициенті ηб , т.с.с. Бос жүріс
режимінде элементтің кернеуі U = Uб = Uн, тогы І = Іб Ін, қуаты P =
Pб Pн, пайдалы әрекет коэффициенті ηб η н . Бос жүріс режимінде
энергияның шығыны салыстырмалы алғанда үлкен болатындықтан пайдалы әрекет
коэффициенті өте төмен болады. Сондықтан қондырғының, құрылғының бос
жүрісін мүмкіндігінше болдырмау керек.
Тізбек элементінің кедергісінің өте азаюы немесе аздығы салдарынан
тогының өсуі себепті апаттық жағдайдағы жұмыс күйін қысқа тұйықталу деп
атайды. Қысқа тұйықталу кезінде қысқа тұйықталу кернеуі Uқ ≈ 0, ал қысқа
тұйықталу тогы Іқ Ін болады. Номинал тогынан көп үлкен токтың әсерінен
сымдар қызып оқшауы балқиды, жалаңаштанып бір-біріне тиіп тұйықталады да,
кедергісі одан әрі азаяды. Ток одан әрі өсіп, егер осы уақыт ішінде қорғау
элементтерi іске асырылмаса, тізбектің істен шығып қалуы мүмкін. Сондықтан
қысқа тұйықталу тогынан қорғау үшін әртүрлі аспаптар мен сақтандырғыштар
қолданылады. Олар қажетті уақыт ішінде іске қосылып, тізбекті қорек көзінен
ажыратып, токсыздандырады.
Әдетте, тізбектің түйінінде бірнеше ток тоғысып жатады: бірнеше ток
түйінге келіп жатса, бірнеше ток түйіннен шығып жатады. Мысалы, 14.4-
суретте в түйінінде І1, І2 токтары түйінге кіріп жатыр да, ал І3 тогы
түйіннен шығып жатыр, d түйінінде І5 тогы түйінге кіріп, І1, І2, І4
токтары түйіннен шығып, f түйінінде І3, І4 токтары түйінге кіріп, І5
тогы түйіннен шығып жатыр.
Тізбек нүктелерінің потенциалдары тізбектегі қорек көздерінің ЭҚК-тері
мен тізбек элементтерінің кедергілеріне байланысты тізбек бойында әртүрлі
мәндерге ие болады. Сондықтан түйінде тоғысқан токтардың бағыттары да
әртүрлі болады. Кирхгофтың бірінші заңы осындай түйінде тоғысқан токтардың,
яғни түйінге кіріп жатқан токтар мен түйіннен шығып жатқан токтардың ара
қатынасын тағайындайды.
(14.2)
(14.2) өрнегі Кирхгофтың бірінші заңының өрнектері болып табылады.
Кирхгофтың бірінші заңы “түйінге кіріп және түйіннен шығып жатқан токтардың
алгебралық қосындысы нольге тең” немесе “түйінде тоғысқан токтардың
алгебралық қосындысы нольге тең” (14.2-өрнек) деп тұжырымдайды.
Кирхгофтың екінші заңын былайша тұжырымдауға болады: “тізбектің кез-
келген екі нүктесінің арасындағы кернеу мен осы екі нүктені қосып тұрған
тізбек бөлігіндегі кернеулердің алгебралық қосындысы тізбектің осы
бөлігіндегі ЭҚК-тердің алгебралық қосындысына тең”.
Нег. 4 [3-25], 11[4-23]
Қос. 10 [1-Т. 97-125]
Бақылау сұрақтары:
1. Электр тiзбектерiндегi топологиялық ұғымдарды атаңыз және оларға
анықтама берiңiз.
2. Сызықты және бейсызықты элементтер деп қандай элементтердi айтады?
3. Вольт-амперлiк сипаттама деген не?
4. Тiзбек элементiнiң параметрлерi элементтiң қандай қасиеттерiн
сипаттайды?
5. Орынбасарлық схема деп қандай схеманы айтады? Ол не үшiн құрылады?
6. ЭҚК және идеал ЭҚК көздерi деп қандай электр энергиясы көздерiн айтады?
7. ЭҚК-тiң, кернеудiң және токтың шартты оң бағыттары қалай таңдап
алынған?
8. Бос жүрiс деп тiзбектiң қандай жұмыс күйiн айтады?
9. Электрлiк қондырғының номинал шамалары деген оның қандай шамалары?
10. Кирхгоф заңдары тiзбектiң қандай бөлiгiнде және қандай шамалардың ара
қатынасын көрсетедi?
2-дәрістік сабақ
АЙНЫМАЛЫ (СИНУСОИДАЛ) ТОК ТІЗБЕКТЕРІ. ҮШ ФАЗАЛЫ ЭҚК
1. Үш фазалы синхронды генератордың құрылысы және әрекеттiк принципі.
2. Үш фазалы симметриялы ЭҚК-тер жүйесi.
3. Үш фазалы генератор орамаларын жалғау схемалары. Фазалық және желiлiк
кернеулер.
4. Синусоидал шамалардың әрекеттiк және орташа мәндерi.
Электр энергиясымен жабдықтау, әдетте, үш фазалы айнымалы
(синусоидал) токпен орындалады. Синустың заңдылығы, яғни синусоида қисығы
бойынша өзгеріп отыратын айнымалы токты синусоидал ток деп атайды. Үш
фазалы синусоидал токтың басқа токтарға қарағанда кең қолданылуы оның
мынадай артықшылықтарына байланысты болды:
-үш фазалы ток тізбегінде сан мәндері әртүрлі екі кернеу болады;
-үш фазалы айнымалы ток арқылы айнымалы токтық қозғалтқыштарда
айналмалы магнит өрісі қоздырылады (онсыз олар жұмыс істей алмайды);
-электр энергиясын алыс жерлерге беру және оны электр қабылдағыштары
арасында тарату үшін қолданылатын қондырғылар мен құрылғылар басқа ток
тізбектерімен салыстырғанда қарапайым және экономикалық жағынан алғанда
тиімді.
Электр энергиясы электр станцияларында үш фазалы синусоидал ток
генераторларында өндіріледі. Қазіргі кезде тұрақты ток көбіне айнымалы
токты түзету арқылы алынады, ал бір фазалы ток деген сол үш фазалы токтың
бір фазасы ғана. Сондықтан, жалпы алғанда, айнымалы ток тізбегін үш фазалы
ток генераторын және үш фазалы ЭҚК-ті алу принципін қарастырудан бастаған
жөн.
15.1-сурет. Үш фазалы ЭҚК-тер жүйесін алу принципін түсіндіретін схема
Өзара 1200 жасап орналасқан және бір оське бекітілген, сымнан жасалған
орам түзетін үш жақтауша тұрақты магнит өрісінде ω бұрыштық жылдамдықпен
айналып тұрсын (15.1-сурет). Электромагниттік индукция заңы бойынша
жақтаушалар магнит өрісінің күш сызықтарын қиып өткенде оларда ЭҚК пайда
болады.
Қарастырып отырған мезетте пайда болған ЭҚК-тің мәні (оны лездік мән
деп атайды)
(15.1)
мұндағы: В - өрістің магнит индукциясы; ℓ- сымның активті (магнит күш
сызықтары қиып жатқан) ұзындығы; vn - жақтаушаның сызықтық жылдамдығының
магнит индукциясына нормаль сызыққа проекциясы.
Жақтауша магнит күш сызықтарын уақытқа байланысты белгілі-бір α = ωt
бұрышпен қиып өтіп жататындықтан:
Егер сызықтық жылдамдықтың мәнін (15.1) теңдігіне қойса
Жақтауша магнит күш сызықтарын перпендикуляр бойымен қиып өткенде
бұрыш (t=900, ал сызықтық жылдамдықтың нормаль құраушысы
vn=v болатындықтан ЭҚК өзінің ең үлкен (максимал) мәніне (амплитудасына)
ие болады:
ЭҚК-тің максимал мәнін алдыңғы теңдікке қойса
(15.2)
Бұл өрнек жақтаушалардың ЭҚК-терінің -Еm - нен +Em -ге дейінгі
мәндерді қабылдай отырып, синусоида бойынша өзгеретінін көрсетеді.
Синусоида бойымен ЭҚК-тің өзгерісі белгілі бір уақыттан кейін қайталанып
отырады. Мұндай, өзгеру заңдылығы белгілі бір уақыттан кейін қайталанып
отыратын шаманы периодты шама деп атайды. Периодты шаманың толық бір
өзгерісінің уақытын период деп атап, Т әрпімен белгілейді. Периодты шаманың
бір секунд ішіндегі толық өзгерістерінің санын жиілік деп атайды: f =1T.
Жиіліктің өлшем бірлігіне 1Гц (герц) – бір секунд ішіндегі бір толық
өзгеріс алынған. Өнеркәсіптік электрмен жабдықтау жүйелеріндегі үш фазалы
ЭҚК-тің жиілігіне Қазақстанда 50Гц, кейбір шетелдерде 60Гц қабылданған.
Синусоида қисығы 3600-тан кейін қайталанып отыратындықтан ωt
=2π, бұдан
ω =2πT= 2πf.
Cинустың аргументін синусоидал шаманың фазасы деп атайды. Фаза
уақыттан тәуелді өзгеріп отырады және ол қарастырып отырған мезетте шаманың
синусоидадағы орнын көрсетеді. Егер t = 0 болса, онда (15.2) өрнегі бойынша
e = 0, яғни синусоида координаттар басынан өтеді. Ал, координаттар
басынан өтпейтін синусоиданың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz