Электротехника элементтері мен негізгі заңдары

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

ЭЛЕМЕНТТЕРІ МЕН НЕГІЗГІ ЗАҢДАРЫ

Негізгі ұғымдар. Атаулар. Терминдер

Электротехника - электр және магнит құбылыстарын зерттеп, оларды практикалық мақсаттарға пайдалану жөніндегі ғылым мен техника саласын екендігін кіріспеде айтқанбыз. Бұл негізінен алғанда дұрыс, бірақ жалпылама тұжырым. Осы ұғымды нақтылау үшін электр энергиясын пайдаланудын ең басты салаларына назар аударайық. Олар негізінен алғанда мыналар: табиғаттан алынатын әуелгі энергияларда (жылу, кесек, отын, газ, су, сәуле т. б. ) түрлендіру (энергетикалық), материалдарды өңдеп (электрмен қыздыру, пісіру, доғалы және индукциялық пештерде қорыту т. б. ), оларды басқа күйге айналдыру (технологиялық), информация мен сигналдарды қабылдау және тарату (информациялық) . Осыған орай, "электротехника" ұғымының мазмұнына былай анықтама беруге болады: Электртехника деп электр және магнит құбылыстарын табиғаттан алынатын әуелгі энергияларды түрлендіруге, материалдатып, өндеп басқа күйге айналдыруға, сондай-ақ информациялар мен сигналдарды қабылдап таратуға пайдаланатын ғылым мен техника саласын айтамыз (1. 1-сурет) . Бұдан көретініміз электротехниканың арқауы мен өзегі - электр мен магнит тізбектері және олардағы. электромагниттік өрістер.

Электр тізбегі деп электр тогін қоздырып, оны өткізе алатын қондырғылар мен объектілер жиынтығын айтады және олардағы электромагниттік процестер электр қозғаушы күш, ток және кернеу ұғымдарының көмегімен жүйелі түрде баяндалып бейнелеп түсіндіріледі.

Магнит тізбегі деп магнит өрісін қоздырып оны тиісті шамаларға дейін күшейту мақсатында ферромагниттік материалдарды қолданатын құрылымдар жиынтығын айтамыз және олардағы электрмагниттік құбылыстар магниттеуші күш, магнит ағыны және магниттік потенциалдар айырымы ұғымдары арқылы зерттелінеді.

Электромагниттік өріс деп зарядталған бөлшектерге әсер ету күші заряд шамасы мен жылдамдығына тәуелді; кеңістіктің барлық нүктелерінде „электр өрісі" және „магнит өрісі" деп аталатын векторлар мен анықталынатын материяның ерекше түрін айтамыз. Зарядталған бөлшектерге әсер ету күші заряд мөлшеріне пропорционал, бірақ оның жылдамдығына тәуелсіз анықталатын біртұтас электромагниттік өрістің бір қырын электр өрісі деп аталады. Қозғалыстағы зарядталған бөлшекке әсер ету күші заряд мөлшері мен оның жылдамдығымен сипатталатын электромагниттік өрістің бір қырын магнит өрісі деп аталады.

Электр тізбектері оның құрамындағы кедергілердің, индуктивтік орауыштардың және конденсаторлардың қасиеттеріне сәйкес сызықты және сызықты емес болып екі топқа бөлінеді.

Егер тізбекке жалғанған кедергілер немесе орауыштың индуктивтілігі, конденсатордың сыйымдылығы осы тізбек арқылы өтіп тұрған ток күшіне, оның ұштарындағы кернеулерге тәуелсіз болса, ондай тізбекті сызықты , ал тәуелді болса, сызықты емес деп атайды.

Тізбекке жалғанған элементтердің ерекшеліктеріне орай электр тізбектері параметрлері шоғырлы (сосредоточный) және шұбалыңқы (распределенный) болып екіге бөлінеді. Кедергі, индуктивтілік және сыйымдылықтізбектің белгілі бөліктерінде шоғырланса (1. 52-сурет) мұндай тізбекті параметрлері шоғырлы тізбек деп аталады. Ал кедергі, индуктивтілік, сыйымдылық тізбектің белгілі бөлігіне шоғырланбай тізбек бойында таралып, бөлініп кетсе оны параметрлері шұбалыңқы тізбек деп атайды. Кернеуі тұрақты тізбекті тұрақты ток тізбегі деп атайды. Кернеуі тұрақты тізбекті тұрақты ток тізбегі деп атайды. Кернеуі айнымалы тізбекті айнымалы ток тізбегі деп атайды.

Тізбектерді қоректендіру көзіне қосу және айыру кезіндегі электрмагниттік құбылыстардың өзгерісін өткінші процесс (немесе қалыптасқан режим) деп атайды. Тізбектерді қоректендіру көзіне қосқаннан кейін, белгілі уақыт ішінде электромагниттік процестердің орнығып, бұдан кейін тұрақты болуын стационарлық процесс (немесе қалыптасқан режим) деп атаймыз.

Тізбек арқылы өтіп тұрған ток пен оның ұштарындағы потенциалдар айырымдарының арасындағы тәуелділік тізбекті құрап тұрған негізгі элементтердің жалғану тәсілдеріне байланысты. Электр тізбегінің элементтері тізбекте, параллель, аралас және күрделі түрде жалғануы мүмкін. Электр тізбегінің элементі деп тізбек құрамына еніп белгілі функция атқаратын жеке қондырғыларды айтады. Қарапайым электр тізбектерінде мына элементтерді дербес қарастыруға болады. Олар: резистор, индуктивтік орауыш, конденсатор және қоректендіру көздері.

Қоректендіру көздері

Тұйық тізбек бойымен ұзақ уақыт ұдайы токтың өтуі үшін тізбектің белгілі бөлігіне табиғаты электростатикалық емес күштер, яғни Кулон күштерінен өзгеше тосын күштердің ықпалымен жұмыс істейтін қоректендіру көздері жалғанады. Оларды электр қозғаушы күш пен ток көздері деп атайды.

Ішкі электрлік кедергісі және электр қозғаушы күш шамаларымен сипатталатын электрмагниттік энергия көзін электр қозғаушы күш көзі деп аталады. Индукциялық өрістердің және тосын күштердің әсерінен пайда болған өрістердің электр тогін қоздыру мүмкіндігі мен қабілеттігін бейнелейтін скалярлық шама электр қозғаушы күш (ЭҚК) деп аталады. Шартты түрде оң деп саналатын зарядын қоректендіру көзінің потенциалы аз ұштыдан потенциалы көп ұштыға тасымалдауға қажетті жұмыс мөлшерін (тосын күштердің есесінен жасалынған) А арқылы белгілейік. Онда ЭҚК сан жағынан мына өрнекке тең болады

Тосын күштер бейберекет жайылмай негізінен алғанда қоректендіру көздерінің ішінде шоғырланады. Ал қоректендіру көздері тізбектің белгілі бөлігіне жалғанады. Осыған орай, электр қозғаушы күштердің ықпал ету аумағын қоршап, оның графикалық кескінін шартты түрде шағын дөңгелекше арқылы белгілейді (1. 2-сурет, а, в) . Электр қозғаушы күшінің оң деп саналатын бағытына оң зарядты қоректендіру кездерінің потенциалы аз ұштыдан потенциалы көп ұштыға қарай тасымалдану бағытын алу келісілген. Сондықтан, дөңгелекшенің ішіне электр қозғаушы бағытын көрсететін тіл қойылады.

ЭҚК шамасы уақытқа тәуелсіз электмагниттік энергия көздері

Е ≠е(t) ; e=E= const

тұрақты электр қозғаушы күш көздері деп аталады (1. 2-сурет, а, б) . Оған гальваникалық элементтер, аккумуляторлар, термоэлементтер, тұрақты ток электр машиналары т. б. жатады. ЭҚК шамасы уақытқа тәуелді езгеріп отыратын электрмагниттік энергия

е = e (t) ; e →var

көздері айнымалы электр қозғаушы күш көздері деп аталады (1. 2в-сурет) . Мұндай көздерге негізінен алғанда айнымалы ток генераторларын атауға болады.

ЭҚК кезінің кернеуі оның қысқыштарындағы потенциалдар айырымына тең. Ал кернеудің кемуі

потенциалы көп ұшты (р _а -дан потенциалы аз ұшты (р _ь -ға қарай бағытталған. Олай болса, тұрақты ЭҚК кездері үшін

ал айнымалы ЭҚК кездері үшін

Демек, қарастырып отырған жағдайда (1. 2-сурет) кернеудің шартты түрде оң деп саналатын бағыты ЭҚК көзінің а қысқышынан b қысқышына қарай бағытталады да, оны тіл арқылы дөңгелекшенің сыртынан белгілейді. Тізбек тұйықталған кезде қоректендіру көздерінен тұтынушыларға қарай жүретін тұрақты ток күшінің

i≠i(t) ; i= I = const

және аинымалы ток күшінің

і = і(t) ; і -> vаr

шартты түрде оң деп саналатын бағыттары электр қозғаушы күштердің бағыттарымен сәйкес.

ЭҚК шамасы қоректендіру көзінің ұштарындағы потенциалдар айырымы мен оның ішкі кедергісіндегі (r _е ) кернеудің и _r қосындысына тең

Ом заңына сүйеніп, қоректендіру көзінің ішкі кедергісіндегі кернеудің кемуін былай ернектеуге болады

Мұндағы - ЭҚК көзінен тұтынушыларға қарай жүретін ток. Соңғы өрнекті (1. 8) теңдеуге қойып, мынаны аламыз

Бұдан

Бұл ернек зерттеп отырған реал ЭҚК кездерінің (1. 2-сурет) негізгі қасиеттерін сақтай отырып оны эквивалентті түрде электр схемасымен алмастыруға мүмкіндік береді (1. 3-сурет) . Бұл схемаға қарап реал ЭҚК көзін бір-біріне тәуелсіз екі дербес элементтен тұрады деп қарастыруымызға болады. Олар: ішкі кедергісі нөлге тең идеал ЭҚК көзі мен оған тізбектей жалғанғанЪезистор. Резистор кедергісі және идеал қоректендіру көзінің электр қозғаушы күші реал қоректендіру көзінің ішкі кедергісі мен электр қозғаушы күшіне тең.

Алмастыру схемасына (1. 3-сурет) сүйеніп реал ЭҚК көзінің негізгі жұмыс режимдерін зерттейік.

Қоректендіру көзінің ішкі кедергісін елеусіз аз шама (r _е ~ 0) деп ұйғаралық. Онда (1. 9) және (1. 10) ернектер мына түрге келеді:

Демек, бұл кезде ЭҚК потенциалдар айырымына тең және оның шамалары ток күшіне тәуелсіз болады

е≠ е(t) ; u = u(i)

Ішкі кедергісі нөлге тең, кернеу мен ЭҚК мәндері ток күшіне тәуелсіз электромагниттік энергия көздері идеал электр қозғаушы күш көздері деп аталады (1. 4-сурет) .

ЭҚК көзінің зая (салт, бос) жүрісі кезінде (1. 6-сурет) тізбек тұйықталмағандықтан онда ток болмайды. Мұндай жағдайда кернеу өзінің шекті мәніне и, ., ие болады.

I=0; u= u _ш =е = и _зж

Бұл кернеу мәнін әдетте зая (салт, бос) жүріс кернеуі ^и ₃ _ж деп атайды. Кернеу мен ток күшінің өзара тәуелділігін сипаттайтын графикті ЭҚК көзінің сыртқы (тысқарғы) сипаттамасы деп атайды . 1. 7-суретте идеал (1) және реал (2, 3, 4) айнымалы ЭҚК көзінің сыртқы сипаттамалары көрсетілген.

ЭҚК көзі қысқа (келте) тұйықталған кезде (1. 5-сурет) сыртқы тізбектегі кернеу шамасы нөлге дейін азаяды да, тұйық тізбек бойымен қысқа (келте) тұйықталу тогі жүреді. Яғни

(1, 10) өрнекке орай реал ЭҚК көзінің сыртқы сипаттамасы түзу сызық болуы керек (1. 8-суреттегі АК-түзуі) . Ал нақты жағдайда реал ЭҚК кездеріндегі бұл байланыс түзу сызық емес. Мысалыға, тұрақты ЭҚК көзі болып есептелінетін тұрақты ток генераторының (қоздыру орамдары параллель жалғанған) сыртқы сипаттамасы керек (қисық) (1. 8-сурет А-В-С қисығы) . Мұндағы қысқа (келте) тұйықталу тогі әуелі өзінің

шекті (кризистік) мәніне дейін көбейеді (1. 8-сурет В-нүктесі) . Сонан сон, азайып өзінің қалыпты қысқа (келте) тұйықталу мәніне тең болады.

Ток және ішкі электр өткізгішді шамаларымен сипатталатын электромагниттік энергия көздерін ток көздері деп атайды. Ток көздері сияқты тізбектерді қоректендіруге пайдаланады. Ток көздерінің графикалық кескінін шартты түрде дөңгелекше арқылы белгілейді де, оны ЭҚК көздерімен жаңылдырмас үшін дөңгелекшінің ішіне үзілісті қосқабаттіл белгісі қойылады (1. 9-сурет) . Тілдің бағыты қоректендіру көзіндегі ток күшінің шартты түрде оң деп алынған бағытымен сәйкес.

Қарастырып отырған қоректендіру көзінің ток күші сыртқы тізбектегі ток күшінен өзгеше. Сондықтан

осы екі шаманы бір-бірімен шатастырып алмас үшін, сыртқы тізбектегі токты і әрпімен, ал ток көзінің ток

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.