• Ешқандай Нәтиже Табылған Жоқ

Электротехника және электроника

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "Электротехника және электроника"

Copied!
118
0
0

Толық мәтін

(1)

Қазақстан Республикасының ғылым және білім министрлігі Комерциялық емес акционерлік қоғам

«Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университеті»

И.Т. Алдибеков, Э.Б. Даркенбаева ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОНИКА

Оқу құралы

Алматы 2021

(2)

ӘОЖ 621.3 КБЖ 31.9 Э45

Пікір берушілер:

техника ғылымдарының кандидаты, ҚазҰТЗУ-нің «Энергетика»

кафедрасының қауымдастырған профессоры Е. Хидолда,

PhD докторы, ҚазҰАУ-нің «Энергия үнемдеу және автоматика»

кафедрасының меңгерушісі Ж.С. Шыныбай,

техника ғылымдарының кандидаты, АЭжБУ доценті К.О. Ғали

Алматы энергетика және байланыс университетінің Ғылыми кеңесі баспаға ұсынды (12.03.2021ж. № 4 хаттама). АЭжБУ 2021 ж. ведомостволық әдебиетті шығарудың 2021 жылға арналған тақырыптық жоспары бойынша басып шығарылады, реті 44.

И.Т. Алдибеков, Э.Б. Даркенбаева, М.Б. Жаркымбекова Э45 Электротехника және электроника: Оқу құралы (жоғары оқу

орындарының электротехникалық емес мамандықтардың студенттеріне арналған)/И.Т. Алдибеков. – Алматы: АЭжБУ, 2021. – 117 б.: ил. – 56, әдеб.

көрсеткіші – 17 атау.

ISBN 978-601-358-004-3

Оқу құралында тұрақты токтың және синусоидалы токтың сызықты тізбектері, электр тізбектеріндегі өтпелі үрдістер, трансформаторлар, электр машиналары, жартылай өткізгіштік аспаптар мен олардың негізінде жасалған электрондық құрылғылар туралы негізгі мағлұматтар қарастырылған.

Оқу құралы жоғары оқу орындарының электротехникалық емес мамандықтары бойынша оқитын студенттерге арналған.

ISBN 978-601-358-004-3

ӘОЖ 621.3 КБЖ 31.9

Э45 © АЭжБУ, 2021

И.Т. Алдибеков, 2021 Э.Б.Даркенбаева, 2021 М.Б.Жаркымбекова,2021

(3)

3

Кіріспе

Қазіргі заманда электр энергиясының барлық өнеркәсіп салаларында, транспортта, ауыл шаруашылығында және үй тұрмысында кеңінен қолданылуы оның басқа энергиямен салыстырғанда ерекше артықшылықтары болуымен түсіндіріледі. Электр энергиясын басқа энергия түріне немесе басқа энергияны электр энергиясына түрлендіру мен тұтынушылар арасында оны бөлшектеп тарату қарапайым амалдар арқылы жүзеге асырылады, оны алыс жерлерге тасымалдау басқа энергия түрлерімен салыстырғанда экономикалық жағынан тиімді.

Электротехника деп электрмагниттік құбылыстарды электр энергиясын өндіру, алыс қашықтыққа тасымалдау, тарату мен әртүрлі мақсатта қолдану туралы ғылым мен техниканың бір саласы.

Ұсынылып отырған оқу құралында тұрақты және айнымалы токтың сызықты тізбектері туралы анықтамалар келтіріліп, оларды есептеу тәсілдері мен сызықты электр тізбектеріндегі өтпелі үрдістер сипатталған.

Трансформатордың, тұрақты және айнымалы ток машиналарының құрылымы, жұмыс істеу принциптері мен сипаттамалары қарастырылған.

Қазіргі кезде тараған жартылай өткізгіштік аспаптар мен олардың негізінде жасалған электрондық құрылғылардың құрылымы, жұмыс істеу принциптері мен сипаттамалары баяндалған

Оқу құралының мақсаты–студенттерді электроэнергетика, автоматтандыру және басқару жүйелерінде қолданылатын электрондық, электрлік қондырғылар мен аспаптардың теориялық негіздерімен таныстырып, оларда жүріп жататын электромагниттік үрдістерді талдауға және есептеуге үйрету нәтижесінде болашақ мамандардың электротехника саласы бойынша ғылыми көзқарастарының қалыптасып, жетілуіне мүмкіншілік тудыру, практикада кездесетін электротехникалық проблемаларды ғылыми тұрғыдан түсініп, дұрыс шешімдерін таба білуге дағдыландыру.

(4)

4

1 Тұрақты токтың сызықты тізбектері 1.1 Электр тізбегі туралы негізгі ұғымдар

Электр энергиясын өндіру, тарату және қолдану үшін жұмыс істеу принципі электрлік және магниттік құбылыстарға негізделген электротехникалық қондырғылар пайданылады. Бұл құбылыстары талдаудың екі тәсілі бар: бірі - өріс теориясын қолдану, екіншісі – тізбектер теориясын қолдану.

Екінші тәсіл бойынша нақты электротехникалық қондырғылардың ішінде және айналасында болып жатқан электрлік және магниттік құрылыстарды зерттеу және есептеу үшін оларды идеалдырылған орынбасару сұлбамен (есептік эквивалентпен) - электр тізбегімен айырбастайды.

Электр тізбегі деп электр тогы жүретін жол құрайтын электр энергиясының көздері (ЭЭК) мен электр энергиясын тұтынушылардың (ЭЭТ), түрлендіру мен тасымалдау қондырғыларының, басқару мен бақылау- қорғау аспаптарының жиынтығын айтады.

Электр тізбегінің элементі деп оның құрамына кіретін және белгілі бір қызмет атқаратын әрбір қондырғыны, құрылғыны немесе аспапты айтады.

Электр тізбегінің негізгі элементтері қатарына электр энергиясының көздері, түрлендіру және тасымалдау қондырғылары мен электр энергиясын тұтынушылар жатады.

Электр энергиясының көздері (қысқаша қорек көзі деп те аталады) энергияның басқа түрлерін (механикалық, жылу, жарық, химиялық және т.б.) электр энергиясына түрлендіреді. Оларды екі топқа бөледі: машиналық (тұрақты ток және айнымалы ток генераторлары) және электростатикалық (аккумуляторлар, күн батереялары және т.б.)

Электр энергиясын тұтынушылар (электрлік қабылдағыштар немесе электрлік жүктемелер деп те аталады), керісінше, электр энергиясын энергияның басқа түрлеріне түрлендіреді. Оларға әртүрлі электрқозғалтқыштар, қыздыру және жарықтандыру қондырғылары, электрохимиялық құрылғылар, радиотехникалық аспаптар және т.б. жатады.

Электр энергиясын тасымалдаушы (жеткізуші) элементтерретінде электр желілері мен байланыс желілері саналады.

Электр энергиясын түрлендіру қызметін кернеу мен токтың мәнін өзгертетін трансформаторлар, жиіліктік түрлендіргіштер, күшейткіштер, тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіретін инвертор, айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіретін түзеткіштер және т.б. жатады.

Электр тізбегінің құрамына негізгі элементтермен қатар қосымша элементтер ретінде саналатын басқару құрылғылары, бақылау-өлшеу мен қорғау аспаптары кіреді.

(5)

5

Тізбекте ток жоқ кезде қысқыштарында (ұштарында) кернеуі бар элементтің кедергісін электрлік кедергі (қысқаша айтқанда, кедергі) деп атайды.

Резистордың тұрақты токқа жасайтын кедергісін омдық кедергі (R) , ал айнымалы токқа жасайтын кедергісін активті кедергі (r)деп аталады.

Элементтің ұштарының арасындағы кернеудің токқа тәуелділігін элементтің вольт-амперлік сипаттамасы деп атайды (1.1, а сурет).

Конденсатор зарядының кернеуге тәуелділігін конденсатордың кулон- вольттықсипаттамасы деп атайды (1.1, б сурет).

Элементтегі немесе тізбек бөлігіндегі ағын ілінісуінің ондағы токқа тәуелділігін элементтің (тізбек бөлігінің) вебер-амперлік сипаттамасы деп атайды (1.1,в-сурет).

R

u=Ri

i

1 2

i

q=Cu 1

2 C

i

Ψ=Li 1

2 L

а б в 1.1 – сурет

Егер бұл тәуелділіктерді сипаттайтын графиктер түзу сызықты болса, онда элементтер сызықты элементтер деп аталады. Бұл жағдайда элементтің кедергісі R (сыйымдылығы С немесе индуктивтілігі L) әр кез тұрақты болатындығын көрсетеді (1.1- суреттегі 2 түзу сызықтар).

Егер сипаттамалар қисық сызықтар түрінде бейнеленсе, онда бұл элементтер сызықты емес (бейсызықты) элементтер деп атайды. Мұндай элементтердің кедергісі R (сыйымдылығы С немесе индуктивтілігі L) тұрақты болмайды, олардың мәндері токтың (кернеудің) мөлшеріне байланысты өзгеріп отырады (1.1- суреттегі 1 қисық сызықтар).

Сызықты элементтерден құралған тізбекті сызықты электр тізбегі деп атайды. Егер тізбек құрамына кем дегенде бір сызықты емес элемент кірсе, онда ол тізбек сызықты емес электр тізбегі ретінде саналады.

1.2 Электр тізбектерінің сұлбалары және топтамалары

Электр тізбегінің сұлбасы деп тізбектің элементтерінің шартты белгілер түрінде көрсетілуі мен олардың өзара жалғануының графикалық бейнесін айтады. Сұлбаның бірнеше түрлері болады.

Принципиалды электрлік сұлбада тізбектің элементтері Мемлекеттік стандарт бойынша қабылданған арнаулы шартты белгі арқылы көрсетіледі.

Бұл сұлба арқылы тізбектің элементтерінің атқаратын қызметін жұмыс істеу

(6)

6

принципін, өзара жалғану жолдарын түсінуге болады, бірақ тізбектің жұмыс режимдерін есептеуге мүмкіндік бермейді (1.2, а - сурет).

Жұмыс істеп тұрған электротехникалық қондырғыда болып жатқан электромагниттік үрдістерді талдау үшін оның орынбасу (эквиваленттік) сұлбасын қолданады. Орынбасарлық сұлбада элементтерде болып жатқан үрдістерге сәйкес әр түрлі идеал элементтер (сыйымдылық элемент, кедергі, индуктивтілік элемент) енгізіп, оларды өзара жалғайды (1.2, б сурет).

а) б) 1.2 – сурет

Электрлік сұлбалардың топологиялық элементтері ретінде тармақ, түйін және контур қарастырылады.

Тармақ деп элементтері бірі бірімен бірізді жалғанған және өн бойымен бір ғана ток жүретін тізбек бөлігін айтамыз.

Түйін деп кем дегенде үш тармақтың түйіскен нүктесін айтады.

Контур деп тізбектің тұйық бөлігін айтады.

Егер контурдың кем дегенде бір тармағы басқа контурдың құрамына кірмейтін болса, онда ол тәуелсіз контур деп аталады.

Мысалы, 1.2 б-суреттегі тізбектің үш тармағы, екі түйіні, үш контуры (оның екеуі тәуелсіз контур) бар.

Тізбекте бір ғана тармақ болса, онда оны тармақталмаған тізбек деп, ал бірнеше тармақ болса, онда тармақталған тізбек деп атайды.

Электр тізбектерін оларға тән әртүрлі ерекшеліктеріне байланысты мынадай түрлерге топтастыруға болады:

а) токтың түріне байланысты:

-тұрақты ток тізбектері;

-айнымалы ток тізбектері (синусоидалы және синусоидалы емес ток тізбектері, бір фазалы, үш фазалы және көп фазалы ток тізбектері);

ә)элементтердің вольт-амперлік сипаттамасына байланысты:

-сызықты электр тізбектері;

-сызықты емес электр тізбектері;

б) тізбектегі қорек көзінің санына байланысты:

-бір қорек көзі бар электр тізбектері;

-бірнеше қорек көздері бар электр тізбектері;

в) тізбектегі элементтердің жалғану сұлбаларына байланысты:

- тармақталмаған электр тізбектері;

- тармақталған электр тізбектері.

(7)

7

г) параметрлердің тізбектің өнбойына таралуына байланысты:

- шоғырланған параметрлі электр тізбектері;

- таратылған параметрлі электр тізбектері.

Электр тізбектеріндегі үрдістерді олардың уақытта байланысты сипатына байланысты тұрақталған (қалыптасқан) және тұрақталмаған (өтпелі) үрдістер деп жіктейді.

Тұрақталған үрдістер деп тогы мен кернеуінің мәні ұзақ уақыт бойы өзгермейтін, немесе тек периодтық заң бойынша өзгеретін үрдістерді айтады.

Тұрақталмаған (немесе өтпелі) үрдістер қысқа уақыт ішінде өтеді және кернеу мен токтың мәндері немесе пішіндері уақыт өткен сайын өзгеріп отырады.

1.3 Тұрақты ток көздері

Тұрақты ток тізбегі өзара әртүрлі сұлба бойынша жалғанған тұрақты ток көздері мен резисторлардан тұрады.

Тұрақты ток көзі ретінде электромеханикалық генераторлар, жартылай өткізгіш материалдардан жасалған генераторлар, электрохимиялық қорек көздері (гальваникалық элементтер, аккумуляторлар), термоэлектрогенераторлар және фотоэлектрогенераторлар қолданылады.

Қорек көзінің ұштарына жалғанған, электрлік қабылдағыштар орналасқан тізбектің бөлігін сыртқы тізбек деп атайды.

Сыртқы сипаттама деп қорек көзінің ұштары (қысқыштары) арасындағы кернеудің (Uab =U ) токка (I) тәуелділігін айтады, яғни U = f(I).

Тұрақты көздерінің жасалу ерекшеліктеріне байланысты олардың ішкі кедергісі Rі сыртқы тізбектің (жүктеменің) кедергісімен Rж салыстырғанда өте аз немесе өте көп болуы мүмкін.

Егер Rі<< Rжболса, онда мұндай жағдайда энергия көзін нақты электр қозғаушы күш көзі (реал э.қ.к. көзі) немесе нақты кернеу көзі деп атайды.

Бұл қорек көздері екі параметр - э.қ.к.і Е және ішкі кедергі Rі- арқылы сипатталады. Орынбасу сұлбасында бұл параметрлер өзара бірізді жалғанады (1.3, а сурет). Егер э.қ.к. Е пен ішкі кедергі Rітұрақты шамалар болса, онда реал э.қ.к. көзінің сыртқы сипаттамасы мынадай өрнек арқылы анықталады:

i b

a

ab E IR

U = = (1.1)

Бұл сыртқы сипаттамаға 1.3, б-суреттегі 2-ші сызық сәйкес келеді.

Жүктемедегі ток I өскен сайын кернеудің Uabазаюы қорек көзінің ішкі кедергісінде Rі кернеудің түсуінің (IRі) көбеюімен түсіндіріледі. Rі мәні өте аз болғандықтан Uabкернеудің токқа тәуелді азаюы да өте аз болады, сондықтан практикада Uab Е= const деп есептейді.

(8)

8

а) б) 1.3-сурет

Егер Rі=0 деп қабылданса, онда мұндай жағдайда энергия көзін идеал электр қозғаушы күш көзі(идеал э.қ.к. көзі) немесе идеал кернеу көзі деп атайды. Ол бір ғана параметрмен - э.қ.к.-пен (Е) сипатталады, орынбасу сұлбасында ішкі кедергі Rі көрсетілмейді. Идеал э.қ.к.көзініңсыртқы сипаттамасына 1.3, б-суреттегі суреттегі абцисса өсіне параллель 1-ші түзу сызық сәйкес келеді. Идеал э.қ.к. көздерінде Uab =Е= const, яғни олардың қысқыштарының арасындағы кернеу жүктемедегі токка тәуелді өзгермейді, сыртқы тізбекке әр уақытта мәні тұрақты кернеу беріледі.

Жартылай өткізгіш материалдардан жасалған энергия көздерінің ішкі кедергісі Ri сыртқы тізбектің кедергісімен Rж салыстырғанда өте үлкен болады. Егер Ri>> Rж, Ri және E → ұмтылса, онда энергия көзін идеал модельмен айырбастауға болады. Оны идеал ток көзі деп атайды.

Бұл жағдайда тізбектегі ток:

J R I

E R R

I E к

ж i i

=

= +

=

(1.2) мұндағы

Ri

J = E - ток көзінің қысқаша тұйықталу тогы деп аталады.

Идеал ток көзі үшін Ri= (Gі=0) болғандықтан J=I, яғни J сыртқы тізбектің кедергісіне Rж тәуелді емес. Rж өзгергенде тек ток көзінің ұштарындағы кернеу Uab =IRжғана өзгереді. Сыртқы сипаттамасы 1.4,б- суреттегі абцисса өсіне параллель 1 сызық арқылы көрсетілген.

Ri (яғни Gі ≠0) болған жағдайда Uab қатысты жоғарыда көрсетілген (1) өрнектің екі жағында Rі бөлсек, онда

, I J R I

E R U

i i

ab = =

(1.3) I

I R I

J U i

i

ab + = +

= , (1.4)

(9)

9

яғни нақты ток көзінің тогы оның ішкі кедергісі арқылы жүретін ток Ii

пен жүктеме арқылы жүретін токтың I қосындысына тең.Нақты токкөзініңорынбасарлық сұлбасында ток көзі J мен оның ішкі кедергісі Rіпараллель қосылған (1.4, а сурет).Сыртқы сипаттамасы 1.4, б-суретте (2 сызық) көрсетілген.

а) б) 1.4-сурет

Сонымен э.қ.к. көзі сыртқы тізбекке мәні тұрақты дерлік кернеу береді, ал ток көзі жүктемеге мәні тұрақты дерлік ток беріп отырады.

Қажет болған жағдайда, бірінші орынбасарлық сұлбадан екіншісіне ( J=E/Ri) немесе екіншісінен біріншісіне ( E=JRi) ауысуға болады.

1.4 Ом заңы

Ом заңы тізбектегі э.қ.к. (немесе кернеу), кедергі және ток арасындағы байланысты анықтайды (1.1- кесте).

1.1 кесте

Толық тізбек үшін Ом заңы

Э.қ.к. көзі жоқ

бөлік үшін Бірнеше э.қ.к. көздері мен кедергілер бар тармақталмаған бөлік үшін

,

ж

i R

R I E

= +

мұндағы Rі –қорек көзінің ішкі кедергісі;

Rж –сыртқы тізбектің кедергісі

R I =Uab

+

,

= R

E I U

R-кедергілердің арифметикалық қосындысы;E-э.қ.к.-тердің алгебралық қосындысы, токтың бағытымен бағыттас э.қ.к.-тер «+» таңбасымен, керісінше жағдайда «-» таңбасымен жазылады.

Кернеудің бағыты токтың бағытымен бағыттас болса«+» таңбасымен,керісінше жағдайда таңбасы «-» болады.

(10)

10

1.5 Кирхгофтың заңдары

Кирхгофтың бірінші заңы электр тізбегінің түйіндерінде зарядтардың жинақталмайтындығына, яғни токтың үздіксіз жүретіндігіне (үздіксіздік принципіне) негізделеді. Бұл заң тізбектің түйініне қатысты қолданылады.

Бұл заңның бірінші тұжырымдамасы бойынша тізбектің кез келген түйінінде түйіскен токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең (1.2 кесте).

Екінші тұжырымдама бойынша түйінге кірген токтардың арифметикалық қосындысы түйіннен шыққан токтардың арифметикалық қосындысына тең.

1.2 кесте

Бірінші тұжырымдама

. 0

3

1

= n =

k

Ik

Суреттегі сұлба үшін:

=

=

=

+ 4

1 4 2 3

1 0

k

Ik

I I I I

Екінші тұжырымдама Суреттегі сұлба үшін

4 2 3

1 I I I

I + = +

Теңдеу құру үшін түйінге қарай бағытталған токтардың таңбасын «+», ал түйіннен шыққан токтардың таңбасын «-» етіп алу керек.

Берілген тізбек үшін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша құрылатын теңдеулер саны (N(1)) түйіндер санынан (t) біреуге кем болады: N(1)= t-1.

Кирхгоф екінші заңыэнергияның сақталу заңына сүйенеді және электр тізбегінің контурына қатысты қолданылады. Бұл заңның бірінші тұжырымдамасы: Тұйық контурдағы э.қ.к.-тердің алгебралық қосындысы сол контурдағы кедергілердегі кернеулердің түсулерінің алгебралық қосындысына тең ( 1.3 кесте).

Екінші тұжырымдамасы: кез келген тұйық контурдың бойындағы кернеулердің алгебралық қосындысы нөлге тең (1.3 кесте).

Екінші тұжырымдаманы қолданған кезде э.қ.к. көзіндегі кернеудің бағыты оның э.қ.к.-інің (Е) бағытына қарсы бағытталатынын ескеру керек.

Берілген тізбек үшін Кирхофтың екінші заңы бойынша құрылатын теңдеулер саны (N(2)) тізбектегі тармақтар санымен (к) бірінші заңы бойынша құрылатын теңдеулер санының айырмасына тең, яғни N(2)= к-(t-1).

Кирхофтың екінші заңы бойынша теңдеу құрудың реті:

а) Тізбектің тармақтарындағы токтардың бағыттарын және контурларды айналу бағытын өз қалауымызша таңдап аламыз;

ә) Э.қ.к.-тердің алгебралық қосындысын тапқан кезде контурдағы э.қ.к.-тің бағыты контурды айналу бағытымен сәйкес келсе, онда оның таңбасы «+», ал керісінше жағдайда «-» етіп аламыз;

(11)

11

б) Кедергімен жүретін токтың бағыты контурды айналу бағытымен сәйкес келсе, онда кернеудің түсуінің (IR) таңбасы таңбасы «+», ал керісінше жағдайда «-» болады.

1.3 кесте

Бірінші тұжырымдама ,

1 1

1

 

= = =

=

= m

k k k m

k k n

k

k U I R

E

мұндағы n- контурдағы э.қ.к.-тердіңсаны; m-

контурға қатысты

тармақтардағы кедергілер саны.

N(2)=к-(t-1)=6-(4-1)=3.

4 4 2 2 1 1 2

1 E I R I R I R

E = + +

5 5 3 3 2 2 2

3 E I R I R I R

E = + +

4 4 6 6 5

0=I5R I R I R

Екінші тұжырымдама

0

1

+ =

= m n

k

Uk

=0 + + bc ca

ab U U

U

=0 + + cd db

bc U U

U

=0

ad ca

cd U U

U

1.6 Потенциалдық диаграмма. Қуаттар теңдестігі

Потенциалдық диаграмма потенциалдың тізбек бойындағы өзгерісін көрсетеді. Тізбектің кез келген бір нүктесінің потенциалын нөлге тең деп алады да, қалған нүктелердің потенциалдарын осы нүктенің потенциалымен салыстыра отырып анықтайды.

Потенциалдық диаграмма тұрғызу үшін жалғау нүктелері арасындағы кедергілердің өзара орналасу ретіне сәйкес біріне бірін жалғастырып, абцисса өсіне масштаб бойынша салады, ал ордината өсінде масштаб бойынша жалғау нүктелердің потенциалдарын көрсетеді.

Контурды айналу бағытымен э.қ.к-тің бағыты сәйкес келсе, онда э.қ.к- тен кейінгі нүктенің потенциалын есептеген кезде э.қ.к-ті «+» таңбасымен, ал керісінше жағдайда «-» таңбасымен алынады. Егер контурды айналу бағытымен кедергімен жүретін токтың бағыты сәйкес келсе, онда кедергіден кейінгі нүктенің потенциалын есептеген кезде кернеудің кемуі (IR) «-»

таңбасымен, ал керісінше жағдайда «+» таңбасымен алынады.

1.5,а-суретте көрсетілген тізбектің сыртқы контуры үшін салынған потенциалдық диаграмма 1.5, б-суретте көрсетілген. Потенциалдар:

;

=0

a b =a +E1=E1;c=b I1R1;d =cE2;e =d I3R3;

3;

e E

f = +

g =a =f I3R4 =0

Қорек көзінде уақыт бірлігі ішінде өндірілетін электр энергиясы қорек көзінің қуаты (Рқор) деп аталады:

Pқор=Wқор/t=EI=Uқор I, (1.5)

(12)

12

мұндағы Wқор - қорек көзінде өндірілген энергия, Wқор= EIt, Дж; t-уақыт, с; E - қорек көзінің э.қ.к.-і, В; I -ток, А; Uқор - қорек көзінің кернеуі, В.

а) б)

1.5 сурет

Электрлік қабылдағышта электр энергиясының басқа энергия түріне түрлену жылдамдығын қабылдағыштың қуаты (Рқаб) деп атайды. Егер қабылдағыш кедергісі R тең болса, онда

Pқаб=Wқаб/t=I2R=U 2/R=UI, (1.6) мұндағы Wқаб – қабылдағышта (кедергіде) түрленетін (бөлінетін) энергия, Wқаб=I2Rt, Дж; U- қабылдағыштағы кернеу, В.

Электр энергиясының негізгі өлшем бірлігі – джоуль (Дж),1Дж=1 В·А·с. Қуаттың өлшем бірлігі – ватт (Вт), 1Вт=1 Дж/с=1 В·А.

Практикада электр энергиясының негізгі өлшем бірлігі ретінде киловатт-сағат (кВт·сағ.) жиірек қолданады, 1кВт·сағ=1000 Вт·3600 с

=3 600 000 Дж=3 600 кДж.

Тізбектегі қоректендіргіштердің қуаттарының алгебралық қосындысы сол тізбектегі қабылдағыштардың қуаттарының арифметикалық қосындысына тең, яғни

∑Рқор=∑Рқаб (1.7)

Егер тұрақты ток тізбегінде тек э.қ.к. көздері ғана болса, онда қуаттар теңдестігі теңдеуі мына түрде жазылады:

EI =

I2R (1.8)

Егер токтың (I) бағыты қорек көзінің э.қ.к.-нің (Е) бағытымен бағыттас болса, онда мәні Е мен I көбейтіндісіне тең қуат тізбекке беріледі, ал қуаттар балансының теңдеуінде ЕI көбейтінді оң таңбамен жазылады.

Керісіше жағдайда таңба минус болады.

(13)

13

1.7 Тұрақты токтың сызықты тізбектерін есептеу тәсілдері.

Балама түрлендіру тәсілі

Тұрақты ток тізбектерін есептеу тәсілдері мыналар:

- балама түрлендіру тәсілі;

-Кирхгофтың заңдарын пайдаланып есептеу тәсілі;

- контурлық токтар тәсілі;

- түйіндік потенциалдар тәсілі;

- екі түйіндік тәсіл;

- балама генератор тәсілі.

Балама түрлендіру тәсілі тізбектің күрделі бөліктерін балама түрлендіру арқылы қарапайым түрге келтіруді қарастырады.

Тізбекте бір ғана қорек көзі болса, онда оған қосылатын тізбектің қалған (сыртқы) бөлігін кедергілердің өзара бірізді, немесе параллель, немесе аралас (бірізді-параллель) жалғанған бөлік ретінде қарастыруға болады.

Бірізді жалғанған кедергілерді (R1,R2,R3)бірбалама кедергімен (Rб) айырбастауға болады (1.4 кесте). Оның мәні осы кедергілердің қосындысына тең, демек тізбектің жалпы кедергісі өседі.

Тізбекте кедергілер параллель жалғанса (1.4 кесте), онда тізбектің жалпы кедергісі Rб азаяды, яғни оның өткізгіштігі Gб артады.

Параллель жалғанған кедергілермен жүретін токтардың өзара қатынастары олардың өткізгіштерінің қатынастарындай болады.

Егер тізбекте өзара параллель жалғанған кедергілер тобы басқа кедергілермен бірізді жалғанса, онда олар өзара аралас сұлба бойынша жалғанған дейді (1.4-кесте).

Кедергілер өзара жалғанған кезде үшбұрыштың қабырғаларына орналасатын болса, онда мұндай жалғану сұлбасын «үшбұрыш» сұлбасы деп атайды (1.6, а сурет). Кедергілердің жалғануы сұлбасының түрі үш сәулелі жұлдызшағакелетін болса, онда оны «жұлдызша» сұлба дейді (1.6, б сурет).

а) б)

1.6-сурет

Балама түрлендіру тізбектің басқа бөлігіне әсер етпеуі керек.

(14)

14

1.4 кесте

Cұлбалар Тізбектегі

кернеу(лер)

Тізбектің балама кедергісі Rб(өткізгіштігі Gб)

Тізбектегі токтар

Бірізді жалғану

1.7-сурет

3 б 2 1

3 2 1

IR IR IR IR

U U U U

= + +

=

= + +

= 1 2 3

R R R

Rб = + +

3 2 1

3 2 1

1 1 1 1

G G G

R R R G R

б б

+ +

=

= + +

=

=

Жалпы жағдайда

;

1

=

= n

k

б Rk

R

=

= n

k

б Gk

G

1

Тізбекте бір ғана ток болады:

Rб

I = U

Параллель жалғану

1.8-сурет

Тізбекте бір ғана кернеу болады:

IRб

U =

3 2 1

1 1 1 1

R R R

Rб = + +

3 2 1

3 2 1

1 1 1 1

G G G

R R R G R

б б

+ +

=

= + +

=

=

Жалпы жағдайда 1 ;

1

1

=

= n

k k

б R

R

=

= n

k

б Gk

G

1

.

3 2 1

3 2 1

R U R U R U

I I I I

+ +

=

= + +

=

немесе 1 ,

б б

R UG U I = =

( )

UGб

G G G U I

=

= + +

= 1 2 3

Аралас жалғану

1.9-сурет

IRб

U =

1 1 23

1R U I R

I

Uab = =

23;

1 R

R Rб = +

1 . 1 1

3 2

23 R R

R = +

23 1

1 R R

U R

I U

б = +

=

. /

, /

3 3

2 2

R U I

R U I

ab ab

=

=

3.

2

1 I I

I = +

.

, 1 1

2 1 2 1

n

n G

G I I G G I

I = =

(15)

15

Кейбір жағдайларда электр тізбегін есептеуді жеңілдету мақсатында

«үшбұрыш» сұлбаны оған балама (пара-пар) «жұлдызша» сұлбамен айырбастайды (1.6 сурет). Кейде, керісінше, «жұлдызша» сұлбаны оған балама «үшбұрыш» сұлбаға түрлендіру қажет болады.

Егер «үшбұрыш» сұлбаның кедергілері RAB,RBC,RAC белгілі болса, онда

«жұлдызша» сұлбаның кедергілері мына формулалар арқылы анықталады:

CA BC AB

CA AB

A R R R

R R R

+

= + ; ;

CA BC AB

AB BC

B R R R

R R R

+

= + ;

CA BC AB

BC CA

C R R R

R R R

+

= + (1.9)

Егер «жұлдызша» сұлбаның кедергілері RA,RB,RC белгілі болса, онда оған балама «үшбұрыш» сұлбаның кедергілері мына формулалар арқылы анықталу тиіс:

;

C B A B A

AB R

R R R

R

R = + + ;

A C B C B

BC R

R R R

R

R = + + .

B A C A C

CA R

R R R

R

R = + + (1.10)

1.8 Э.қ.к. көздері тобын балама түрлендіру

Бірізді жалғанған э.қ.к. көздері тобын балама түрлендіру.1.4 кесте 1.7, а-суретте көрсетілген тізбектіңI1тогы жүретін тармағында үш э.қ.к. көзі өзара бірізді жалғанған (1.4-кесте). Өзара бірізді жалғанған э.қ.к. көздер тобын бір балама э.қ.к. көзімен айырбастауға болады (1.4 кесте). Оның э.қ.к.-інің мәні

Eб олардың э.қ.к.-терінің алгебралық қосындысына тең, ал ішкі кедергісі Rб

э.қ.к. көздердің ішкі кедергілерінің арифметикалық қосындысына тең. Мәні үлкен э.қ.к. көзін (мысалы, аккумуяторды) құрастыру үшін бірнеше э.қ.к.

көздерін бірізді және бағыттас етіп жалғайды.

Практикада өзара параллель жалғанған, бір немесе бірнеше қабылдағышқа бірге жұмыс жасайтын э.қ.к. көздері жиі кездеседі (1.4 кесте 1.7 сурет).

Кирхгофтың заңы бойынша тізбек үшін:I =I1I2 +I3.

Мұндағы

( 1 ) 1;

1 1

1 E U G

R U

I = E ab = ab ( 2 ) 2;

2 2

2 E U G

R U

I = E + ab = + ab ( 3 ) 3.

3 3

3 E U G

R U

I = E ab = ab

1.4 кесте 1.7-суреттегі тізбек үшін

(

б ab

)

б

б б ab

G U R E

U

I E =

= (1.11)

(16)

16

мұндағы Eб - балама э.қ.к. көзінің (балама генератор деп атайды) э.қ.к-і;

Rб- балама э.қ.к. көзінің (балама генератордың) ішкі кедергісі; Gб- балама э.қ.к. көзінің ішкі өткізгіштігі.

Eб, Rб және Gб есептеу формулалары 1.5 кестеде келтірілген.

Есептеуді бастаудан бұрын параллель тармақтардың бәріне ортақ, оларды жүріп өту бағытын таңдау керек. Бұл бағыт Кирхгофтың бірінші заңы бойынша теңдеу құрылған түйінге бағытталғаны жөн.

1.5 кесте

а) б)

1.10 сурет - Бірізді жалғанған э.қ.к. көздері тобын балама түрлендіру

б б eg eg

R U E R

R R

U E E

I E

+ = +

+

=

3 2 1

3 2 1 1

) (

мұндағы Eб =E1E2 +E3- балама э.қ.к. көзі;

3 2

1 R R

R

Rб = + + -балама кедергі.

Жалпы жағдайда

;

1

=

= n

k

б Ek

E R R

n

k б

k

=

=

1

а) б)

1.11 сурет - Параллель жалғанған э.қ.к. көздері тобын балама түрлендіру

Суреттегі сұлба үшін

; 1 1 1

1 1

1

3 2 1

3 3 2 2 1 1

3 2 1

3 3 2 2 1 1

G G G

G E G E G E

R R R

E R E R

E R Eб

+ +

+

=

= +

+ +

=

1 ; 1 1 1

3 2

1 R R

R

Rб = + +

3.

2

1 G G

G

Gб = + + Жалпы жағдайда:

;

1 1

=

= =n k

k m

k

k k б

G G E

E .

1

=

= n

k

б Gk

G

(1.5 кестедегі тізбек үшін bтүйінінен a түйіне бағытталған). Тармақтағы э.қ.к. көзінің бағыты қабылданған жүріп өту бағытымен сәйкес болса, онда оның таңбасы «плюс», ал қарама-қарсы болса, онда «минус» болады.

Параллель тармақтың бірінде э.қ.к. көзі болмаса, онда Eбанықтайтын формуланың алымында сол тармаққа қатысты көбейтінді болмайды, бірақ формуланың бөліміне сол тармақтың өткізгіштігі қосылғыш ретінде кіреді.

Ақпарат көздері

СӘЙКЕС КЕЛЕТІН ҚҰЖАТТАР