Қрдсм «Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік фармацевтика академиясы» шжқ рмк дәрілер технология

электротехникалық негіздері

1. 
   Тақырыбы 1: Сызықты электр тізбектерінің тұрақты токтары мен кернеулерінің негізгі заңдары және есептеу әдістері.
   
2. 
   Мақсаты: электр тізбектерінің тұрақты токтары мен кернеулерінің негізгі заңдарымен танысу.
   
3. 
   Дәріс тезистері:
   

1. 
   Электр тізбектерінің элементтері
   
2. 
   Тұрақты токтары мен кернеулерінің негізгі заңдары
   
3. 
   Есептеу әдістері
   

Электр тізбегі электр тогы өтетін жолы үшін жасалған құрьшғылар мен нысандар жиынтығы, ондағы электромагниттік үдерістер электр қозғаушы күші (ЭҚК), тогы, кернеуі жайындағы ұғым көмегі арқылы сипатталуы мүмкін.

Электр тізбегіндегі элементтер — белгілі функциялар атқаратын, электр тізбегі құрамына кіретін жеке-жеке құрылғылар, Негізгі электр элементтеріне жататындар — бір-бірімен сым өткізгіштер арқылы жалғанған энергия көздері мен электр энергисын (аіспараттарын) қабьшдағыштар (тұтынушылар).

Сондықтан тұрақты ток тізбектерінде ЭҚК-нің өзіндік индукциясы пайда болмайды және өткізгіштер айналасындағы диэлектриктерінде ток ығысуы болмайды.

Электр тізбектерін өздерінің түрлі қасиеттеріне қарай бірнеше топқа бөлуге болады. Олар: а) токтың түріне қарай: айнымалы ток, тұрақгы ток, бір фазалы, үш фазалы және көп фазалы ток тізбектері; ә) элементтерді қосу әдістері бойынша тармақталған және тармақгалмаған тізбектер; б) элеьстр энергия көздерінің санына қарай: бір және бірнеше энергиякөздері бар тізбектер; в) элементтердің вольтамперлік сипаттамаларына байланысты сызықты және сызықты емес тізбектер жэне т.б.

Осы тарауда тұрақты токтың электр тізбектерін қарастырамыз.

Сұлбаларда тұрақты токты / эрпімен, энергия көздерінің ЭҚК-ін Е эрпімен, кернеу V кедергілерді К эрпімен, индуктивтікті Ь, өзара индуктивтікті М, сыйымдылықты С эріптерімен белгілейміз.

Электр тізбегінің сұлбасы дегеніміз — ол электр тізбегіндегі элементтерді шарт бойынша белгілеп, графикалық түрде бейнелеу жэне осы элементтердің бір-бірімен жалғануын корсету. 1.1,а-суретте қара- пайым электр тізбегі бейнеленген, мұндағы ЭҚК көзі Е жэне қабылдағыш К қысқыштары сымдармен жалғанып, тұйық өткізгіш контурын құрайды. Бұл контурда энергиR көзі ЭҚК-нің әсер етуімен үздіксіз бірбеткей ретгі бағытпен электр зарRдтарының қозғалысы, Rғни ток пайда болады.

Халықаралық өлшем бірлігі (СИ) жүйесінде ток күші ампермен (А), кедергісі оммен (ОМ), электр қозғаушы күші жэне кернеу вольтпен (В) өлшенеді (вольт Италия физигі (1745-1827) атымен қойылған).

ЭҚК және кедергіден түратын тұрақты тізбек бөлігін қарастырайық: 1.10,а,ә-суреттерінде осындай тізбек бөліктері жэне олар арқылы ағатын ток бағыггары көрсетілген

«а» мен «с» нүктелері арасындағы әлеуеттер айырымын табайық.

^ас =Ф

«а» нүктесінің элеуетін «с» арқылы белгілейік. 1.10,а-суретге «с» нүктесінен «в» нүктесіне жылжыганда, біз ЭҚК-нің бағытына қарсы жүреміз, сондықтан «в» нүктесіндегі элеует «с» нүктесіне қарағанда, ЭҚК-нің Е шамасына кем немесе

1.10,ә-суретте «с» нүктесінен «в» нүктесіне жылжығанда, біз ЭҚК-нің бағытымен жүреміз, сондықтан «в» нүктесінде әлеует «с» нүктесіне қарағанда, ЭҚК-нің Е шамасына көп немесе

Ф* =Фс 2«

1.10,а,ә-суреттерде тізбектің ЭҚК-і жоқ бөлігінде «а» нүктесінің әлеуеті «в» нүктесінің әлеуетіне қарағанда, К кедергідегі кернеудің төмендеу шамасына артық

Ф* = Фв +

(1- 23) (1-24)

ЭҚК-і бағыты оң токпен бағыттас болса (1.26), формулаға ол оң таңбамен жазылады, ал ЭҚК-і бағыты оң ток бағытымен қарама-қарсы келсе, онда формулаға ЭҚК-і минус (теріс) таңбамен жазылады. Кейбір жеке жағдайларда Е — 0 болғанда (1.26), теңдік (1.25) тендікке өзғереді.

Электр тізбектерін есептеу үшін, Ом заңдарымен қатар Кирхгофтың екі заңы қолданылады. Олар энергиRның сақгалу заңына багынады. Кирхгоф заңдарын пайдалана отырып, есептеу әдістері арқылы электр тізбектерінің кез келген түрлерін есептеп шыгаруга болады.

Кез келген бір күрделі электр тізбегін есептеу үшін, түйіндер мен тармақтар және контурлар санын білу керек.

Тізбектің түйіні деп үш немесе одан да кеп тармақгың түйісетін ігүктесін айтады, мысалы, 1.11-суретте тек қана «а» нүктесі мен «с» нүктесі түйіндерін, ал сүлбада түйінді «майлы» нүктемен белгілейді. Тармақ дегеніміз - екі түйінді қосатын электр тізбегінің бөлігі. Екі түйін арасында бірнеше тармақ бөлігі болуы мүмкін. Осы бөлік тек бірізді қосылган ЭҚК-нен және кедергілерден тұрады және осы бір тармақ бөлігімен бір гана ток жүреді

Контур дегеніміз — сұлбаның тұйықталган бөлігі, оган бірізді жалгасқан бірнеше тармақтардың кіруі мүмкін. Егер контурды өзіне кірмейтін тармақтардан боліп қарайтын болсақ, онда ол тармақсыз тізбек деп аталады. 1.11-суреттегі тізбекте ассіа, асиа тәуелсіз контурлары бар, көбінесе есептеуге жеңіл болуы үшін, осындай карапайым контурларды тандап алады.

Сонымен, Кирхгофтың бірінші заңы тізбектердің түйіндеріне қолда- нылады және осы түйіндердегі токтың тепе-теңдігін (балансын) анықтайды. Ягни электр тізбегінің түйіндерінде токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең:

I 0 (1.27)

Электр тізбегінің контурындагы ЭҚК-нің алгебралық қосындысы осы контурдағы кедергілердегі кернеулердің түсулерінің алгебралық қосындысына тең:

(1.29)


4. Әдебиет:

негізгі:

1.Электротехника / Под Ред. В.С. Пантюшина М.-Наука и техника 2001г.-410с.

2. Борисов Ю.М. Электротехника- М. Наука и техника 1998 г.

3. Кутикович Ф.Г. Электротехника-М. Высшая школа 1999 г.-450 с.

1. Мурзин Ю.М., Волков Ю.И. Электротехника. - СПб.: Питер, 2007. – 443с.

2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники. Под редакцией Л.А. Бессонова. - М.:Высшая школа, 2008

3. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 2006, ч.1,2,3

1. 
   Элементтердің кезекті қосылыстары дегеніміз не?
   
2. 
   Элементтердің параллельді қосылыстары дегеніміз не?
   
3. 
   Қалыпты ток тізбегінің негізгі заңдары
   
4. 
   Кезекті және параллельді тізбекті түзу және эквиваленттеу әдістері.
   
5. 
   Киргоф заңын қолдану
   
6. 
   Қалыпты ток тізбегіндегі қуаттылық
   

1. 
   Тақырыбы 2: Тармақталмаған электр тізбектері бойындағы әлеуеттердің таралуы.
   
2. 
   Мақсаты: Тұрақты ток тізбегі бойынша теория негіздері мен тәжірибелік дағдыларды бекіту және білу
   
3. 
   Дәріс тезистері:
   

2. Тұрақты ток тізбегінің есептеу әдістерінің артықшылықтары мен кемшіліктері.

3. Тізбек тармағындағы қуаттылық пен кернеуді есептеу.

Қарапайым тармақталмаған тізбектер үшін қуаттар теңгерімі

Тармақталмаған электр тізбегі үшін энергетикалық қатынасты қарастырайық. Мысалы, түрақты ток машинасының ішкі кедергісі R_ішк ЭҚК-і Е\ және аккумулятор батареясының ішкі кедергісі R_в2, ЭҚК-і Е₂ берілсін, онда Е\ > Е₂. Екі энергиR көзі қысқыштарындағы

(1.45), (1.46) теңдеулердің екі жағында I /-ге көбейткеннен кейін

(1.47)

мүндағы Е₁І — машинаның өркендететін қуаты (өндірілген); R_B1І²— машина орамасындағы жылуға кеткен шығын; UI — машинаның беретін қуаты, демек аккумулятор батареяларының қабылдайтын қуаты. Ал (1.46) тендеудің екі жағын да / көбейтсек, онда

Кұрделі электр тізбектерін есептегенде және зерттегенде, көп жағдай- да электр тізбектері сұлбасын бір тұрінен басқа тұріне тұрлендіру жолдарымен есепті әлдеқайда жеңілдетуге және көрнекті етіп жасауға болады.

Электр сұлбаны алдыға қойылған мақсатқа қарай тиімді етіп тұр- лендіру барысында тармақ саны азаяды, демек электрлік құны анықталады. Барлық жағдайда берілген сұлбаны баламалы сұлбаға ауыстыру ұшін, яғни басқа тұрдегі, тұрлендіруге кірмей қалған сұлба бөлігіндегі токтар мен кернеулердің өзгермейтін шарттары орындалуға тиіс.

Егер электр сұлбасының тұрлендірілген бөлігінде энергия козі болмаса, онда сұлбаның қалған бөлігіндегі токтар мен кернеулердің өзгеріссіз қалатындығы көрінеді жэне бұл жағдайда тармақтардағы пайдаланылған қуаттардың да өзгеріссіз қалатындығы да қамтамасыз етіледі. Энергия көзі бар электр сұлбаны тұрлендірген жағдайда, берілген сұлбадағы қоректендіргіш көзі қуаттарының жэне қабылдағыштарының қуаттары жалпы жағдайда баламалы сұлбадағы қуаттарға тең болмайды.

1.Электротехника / Под Ред. В.С. Пантюшина М.-Наука и техника 2001г.-410с.

2. Борисов Ю.М. Электротехника- М. Наука и техника 1998 г.

3. Кутикович Ф.Г. Электротехника-М. Высшая школа 1999 г.-450 с.

1. Мурзин Ю.М., Волков Ю.И. Электротехника. - СПб.: Питер, 2007. – 443с.

2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники. Под редакцией Л.А. Бессонова. - М.:Высшая школа, 2008

3. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 2006, ч.1,2,3

1. 
   Токты анықтауда Кирхгоф заңын қолдану
   
2. 
   Түйін нүктесі арасындағы қысымды анықтау
   
3. 
   Ток таралуын есептеу үшін пішінді токты қолдану
   
4. 
   Эквивалентті генератор әдісін қолданумен токты есептеу
   

1.Синусоидальды ток туралы түсінік

2.Синусоидальды шамаға түрлі сипаттама ток

3.Фазалық бұрыштар және қатынас

4. Синусоидальды ток тізбегінің қуаты және кедергі түрлері

Айнымалы токтар

Айнымалы токты пайдалануды ең алғаш рет 1875 жылы орыс ғалымы П.Н.Яблочков ұсынды. Айнымалы ток Яблочков шырағындағы көмірдің біркелкі жануын қамтамасыз етті және шамдардың бір электр энергиясы көзінен қоректенуіне жол ашты.

Электр энергиясы қажеттілігінің осуіне байланысты оны алыс қашық- тыққа жеткізу мәселесі алға қойылды. Бұл мәселенің шешімі электр энергиясын таратуды, ол үшін эртүрлі кернеуді табуды талап етті. Үнем- ділік жағынан алғанда, электр энергиясын алыс қашықтықтарға жеткізудегі тиімдісі — жоғары кернеу, ал қабылдағыштарға беру кезінде қауіпсіздік ережелерін сақтау үшін төменгі кернеу қажет болды.

Кернеуді бұдан былай түрлендіру үшін, айнымалы токты түрлен- діретін құрылғы, яғни қарапайым трансформаторлар қажет болды, оны да өзінің шырақтары үшін Яблочков ойлап тапты.

Одан кейін атақты орыс инженері жэне ғалымы М.О.Доливо- Добровольскийдің басшылығымен үш фазалы жүйе ойлап шыгарылды. М.О.Доливо-Добровольскийдің арқасында айнымалы ток кеңінен тарады. 1889 жылы ол бірінші рет үш фазалы қозғалтқыш жэне үш фазалы тізбектің барлық тетіктерін жасап шығарды. 1891 жылы ол электр энергиясын үш фазалы токпен 175 шақырым қашықтыққа жеткізуді іске асырды.

Айнымалы токты электротехника саласында кеңінен пайдалану орталықгандырылған түрде электр энергиясын өндіруді, алыс қашық- тыққа жеткізуді, оны таратуды жэне қабылдауды игерген кезеңнен басталды.

Айнымалы токқа қатысты ұғымдармен танысайық.

Айнымалы ток деп уақытқа байланысты шамасы мен бағыты өзгеріп отыратын токты айтамыз. Дйнымалы токтың кез келген аз уақыт мезгіліндегі мэнін лездік ток деп атайды, оны і эрпімен белгілейді. Лездік токтың (/") зарядқа жэне уақытқа қатысты екендігі мына қатынастан корінеді:

О-ден і-ға дейінгі уақыт аралығында айнымалы ток мынандай заряд тасиды:

Егер лездік токтың уақыттқа тэуелділігі белгілі болса, і = Ғ(1) жэне оның бағыты корсетілсе, онда токты белгілі деп есептеуге болады. Айнымалы токтың пішіні әртүрлі, соның ішінде көп тарағандарының бірі - кезеңдік (периодты) токтар. Кезеңдік токтар деп токтың лездік мәндері бірдей уақыт аралықтарында қайталанып отыратын токтарды айтамыз. Ал токтын лездік мэні қайталанып отыратын ең аз уақыты сол токтың кезеңі деп аталады, оны T әрпімен белгілейді. Кезендік ток үшін:

(2.2)

2.1-сурет. Айнымалы ток графигі

Өндірістік жиілікті айнымалы токтың энергия көзі ретінде электр машиналы генераторлар пайдаланылады, оған айналмалы қозғалыс беретін бірінші қозғалтқыштар: бу машиналары, гидравликалық турбина- лар жэне т. б. қозғалтқыштар жатады.

Электр машиналы генератордың қүрылысы 2.2-суретте көрсетілген. Генератордың айналмайтын бөлігі статордан жэне айналатын бөлігі ротардан түрады. Көпшілік жағдайда роторда электромагнит орналаса- ды. Ротор орамдарын оның қоздырушы орамасы дейді. Ол щеткалар мен сақиналар (білікке орналасқан) арқылы түрақты ток көзінен қоректенеді.

2.2-сурет. Айнымалы ток генераторы

Фаза бастамасы әрдайым синусоиданың басталар мезгілінен тиісті синусоида басынан (синусоидал шаманың нөлдік мәні оның теріс мәнінен оң мэніне өту кезінде) уақыт санағының басталуы t = 0 мезгіліне дейін (яғни координат басына дейін). Осы ережеге сүйене отырып, ток графигі бойынша кезінде і\ ток синусоида басы солға ығысқан, ал кезінде і₂ ток үшін координат басынан оңға ығысқан.

4. Әдебиет:

негізгі:

1.Электротехника / Под Ред. В.С. Пантюшина М.-Наука и техника 2001г.-410с.

2. Борисов Ю.М. Электротехника- М. Наука и техника 1998 г.

3. Кутикович Ф.Г. Электротехника-М. Высшая школа 1999 г.-450 с.

1. Мурзин Ю.М., Волков Ю.И. Электротехника. - СПб.: Питер, 2007. – 443с.

2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники. Под редакцией Л.А. Бессонова. - М.:Высшая школа, 2008

3. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 2006, ч.1,2,3

1. 
   Синусоидальды ток тізбегінде қандай кедергі түрлері бар?
   
2. 
   Фазалық бұрыш қалай анықталады?
   
3. 
   Синусоидальды ток тізбегінде қандай қуат түрлері бар?
   
4. 
   Синусоидальды шаманың қандай жазба түрлері бар?
   
5. 
   Толық кедергі қалай анықталады?
   

1. Әртүрлі кедергілердің есептеу түрін;

2. Токты есептеуде Ом заңын қолдану;

3. Тізбек параметрлерін кешенді түрде жазу;

Электр тогы магниттік және электрлік өрістермен үздіксіз тығыз байланысқан. Айнымалы ток кезінде бұл өрістер уақытқа байланысты өзгеріп отырады. Айнымалы магниттік өріс ЭҚК тудырады. Электр өрісінің өзгерісі өткізгіштеріндегі зарядтардың озғеруімен жалғасады. Өткізгіштерде, резисторларда жэне оларды қоршап тұрған ортада электромагниттік энергия жылуға айналады. Әртүрлі машиналарда, аппараттарда, аспаптарда жэне басқа да құрылгыларда электромагниттік энергия басқа да энергия түрлеріне айналады (химиялық, механикалық жэне т.б.), ал электромагниттік энергияның бір болігі сэулеленуге жұмсалады. Электр тізбегінде қандай болганда да осы құбылыспен байланыспаған телімін бөліп қарастыруга болмайды.

Айнымалы токтың нақты электр тізбектеріндегі үдерістерді зерттеуді қарапайым түрге айналдыру үшін, оны тұрақты токтың тізбегі сияқты алмастыру сұлбасымен ауыстырады немесе жай ғана бұл құбылыстардың әрқайсысының бірін есепке алатын элементтерден құрастырылган сұлба (математикалық модель) қарастырылады.

Айнымалы ток кезінде сұлбаның пассив элементтеріне R кедергісі бар резистивтік элемент, Ь индуктивтігі бар индуктивті элемент жэне С сыйымдылыгы бар сыйымдылық элементі жатады. Олардың шартты белгілері 2.10-суретте келтірілген.

Электр құрылғыларының эр боліктерінің арасындағы өзаралық индуктивтікті еске алып, индуктивтік элементтер арасындағы озаралық индуктивтік ретінде М эрпімен белгілейді (2.10,в-сурет). Сонымен, озаралық М индуктивтік сұлбаның өз алдына жеке элементі болып саналмайды.

Сыйымдылығы бар тармақтағы ток электродтардағы зарядтардың озгеру жылдамдығына тең және корсетілген токтың оң бағытындағы ток таңбасы д_А зарядтың уақыт бойынша туындының таңбасымен үйлеседі. Шындығында, д_А зарядының осімшесі токтың оң мэніне лайықты, ал зарядтың кемуі д_А — токтың теріс мэніне лайықты. Сондықтан q_л = q белгілеп келесіні жазамыз:

Интегралдау түрақтысы ис өрнегі үшін нолге тең деп қабылданган, себебі орныққан режимінде көрсетілгендей, кернеу тізбектің кез келген телімінде синусоидалы. Осы алынған өрнектен и_Г9 и^ жэне и_с үшін кедергідегі кернеу фаза бойынша токпен үйлеседі, индуктивтіктегі кернеу токтан фаза бойынша я/2 бүрышына алдыға озып жатады, ал сыйымдылықта кернеу токтан фаза бойынша л/2 бүрышына артта калады.

Егер индуктивтіктегі LI_т кернеу амплитудасы сыйымдылықтағы I_m/С жэне і>0 кезіндегі кернеу амплитудасынан үлкен болса, сол жағдайға 2.15-суретте ток жэне кернеулердің лездік мәндерінін қисықтары корсетілген. Синусоидал и, синусоида токпен фаза бойынша үйлеседі, ал синусоидал и_L жэне и_с ток синусоидасына қатысты /2 бүрышына солға (алға озған), екіншісі оңға (артта қалған) ығысқан. Сөйтіп, индуктивтіктегі жэне сыйымдылықтағы кернеулер бір-біріне қатысты фаза бойынша  бұрышына ығысқан (қарама-қарсы фазада тұрады).