Электротехника | Эквиваленттік генератор әдісі

Мазмұны
I. Кіріспе
1. ЭТН-ге жалпы шолу.............................................................................3-6
II. Негізгі бөлім
1. Эквиваленттік генератор әдісін қолдану туралы........................7-14
2. Мысал..................................................................................................15-17
3. Есептің қойылуы (шығу жолы).......……………………………….18-27
III. Қорытынды
1. Эквиваленттік генератор әдісі – тармақтағы токты есептеудің тиімді әдісі...................................28
2. Пайдаланған әдебиеттер тізімі……………………………....................29
Кіріспе
Электр тізбектерінің теориясы
Қазіргі уақытта электр энергиясы барлық өнеркәсіп салаларында, транспортта , ауыл шаруашылығында,үй тұрмысында,тағы да басқа халықтың тұрмыс қажетіне кеңінен пайдаланылады.
Электр техникасы деп электр магниті құбылыстарын практика жүзінде кең салаларда қолданылуын айтамыз.Барлық электр техникасы салалары бір-бірімен байланысты болғандықтан,техникалық жоғарғы оқу орындарында «электр техникасының теориялық негіздері»курсын ашуға тура келеді.Бұл курс әр түрлі электр техникасы пәндерінің негізі болып есептелінеді.
Осы курстың негізгі бір міндеті, ол құбылыстарды токтар,кернеулер,қуаттар,магнит ағындары тағы да басқа түсініетер арқылы есептеу,зерттеу.Сондай-ақ тағы бір атқаратын міндеті,ол әрбір құбылыстардыэлектр кернеулігі,магнит өрісінің индукциясы,қуат ағындары тағы да басқа түсініктер арқылы есептеу зерттеу.Осы міндеттердің біріншісі тізбектерді есептеу мен зерттеуге,ал екіншісі электр магниті өрістерін есептеуге,зерттеуге арналған.
Шоғырланған параметрлі электр тізбегі дегеніміз-ол электр тізбегіндегі электр кедергісі,индуктивтігі және электр сыйымдылығы осы тізбектің жеке бөліктерінде шоғырланған деп есептелуінде.Мысалы, электр кедергісі -резистор,индуктивтік – орауыш(катушка),сыйымдылық – конденсатор түрінде тізбектің әр жеке бөліктерінде шоғырланған деп білеміз.
Электр тізбегі дегеніміз-ол электр тогы өтетін жолы үшін жасалған құрылғылар мен объектер жиынтығы,ондағы электр магниттік процестер электр қозғаушы күші, тогы,кернеуі жайындағы ұғым көмектері арқылы сипатталуы мүмкін.
Электр тізбегіндегі элементтер,олар белгілі функциялар атқаратын, электр тізбегі құрамына кіретін жеке -жеке құрылғылар.
Негізгі электр элементтеріне жататындар бір-бірімен сым өткізгіштері арқылы жалғанған энергия көздері мен электр энергиясын қабылдағыштары.электр өрісінің өсіп-дамуы электр магниті құбылыстарын жете зерттеуді,оқып білуді,практика жүзінде пайдалануды керек етеді.Осы зор еңбекте,ізденуде,көптеген жаңалықтардыорыс инженерлерінің,ғалымдарының қосқан үлесі аз емес.Олар шет елдердің көрнекті бастамасына жол ашты.
Электр және магнит тізбектерін шешудегі теориялық мәселелері мен қатар практикалық электр техникасында электр магниттік өрістерді есептеу жайындағы мәселелерді де алдыға қойды.Электр энергиясы көздерінде химиялық,механикалық,жылулық энергиялары немесе басқада
энергия түрлері электр энергиясына түрленеді,ал электр энергиясы қабылдағыштарында ,керісінше электр энергиясы жылулық , жарықтық, механикалық ,тағы да басқа энергиялар түрленеді.
Қоғамның дамуындағы электр энергиясының рөлі мен маңызы елеулі орын алатындығы көпшілікке мәлім. Өндірістің, көліктің әр түрлерінің, ауыл шаруашылығының, байланыстың және тұрмыстың барлықсалаларында электр энергиясы кеңінен пайдаланылуда.
Электр энергиясы өмірдің барлық салаларында соншалықты кең таралуының басты себебінің бірі – электромагниттік энергияны өте аз шығынмен алыс қашықтыққа беру және оны энергияның басқа да түрлеріне: механикалық, жарық, жылу, химиялық және тағы басқа түрлендіру ыңғайлы.
Электр энергиясы кез-келген қуаты бар қабылдағыштарға оңай таралады. Байланыс техникаларындағы, автоматикадағы және есептеу техникаларындағы қолданылатын қондырғылардың пайдаланатын қуаттың өлшемдері ваттың үлестерімен есептелінсе, электрлік қондырғыларда (двигательдерде, жылытқыш қондырғыларда) қуаттың өлшемдері мыңдаған және он мыңдаған киловатты көрсетеді.
ғасырларда электр туралы ілім даму үстінде болды. Мұнда көңіл аударатын мәселе, электротехниканың дамуының алғашқы сатысына, ол физиканың тарауы ретінде жүріп, өрбіді.
Ломоносовтың және оның досы Рихманның, сол сияқты Франклиннің, Гальванидің, Вольттің және тағы басқа электр энергиясының көзі (волбттің бағанасы, гальвани элементтері) және жайтартқыштарды ойлап табудағы жасаған зерттеу жұмыстары, электрлік құбылыстарды жүйелік түрде зерттеудің бастамасы болды.
В.В.Петров электр тізбегіне тәжірибе жасады. Соның нәтижесінде ол 1802 жылы атмосфералық қысым жағдайында екі көмір электродтарының арасындағы электр доғасын тауып және оны зерттеді. Бұл зерттеулердің нәтижелері “Гальвани вольттік тәжірибелерден хабар” атты кітапта жарық көрді (1803 жылы).
1819жылы Эрстед электр тогының магнит тіліне мееханикалық әсерін тапты. Ал Ампер 1820 жылы тогы бар соленоидтың магнит қасиетін ашты. Сонымен токтың жүрісі магниттік құбылыспен ұштасатыны белгілі болды.
1831 жылы М.Фарадей электромагниттік индукция құбылысын ашып, оны тұжырымдады.
Электродинамиканың фундаментальдық принципінің яғни электромагниттік инерция принципінің көрінісі болатын, индукциялық токтың бағытын анықтау ережесін 1833 жылы Э.Х.Ленц тағайындады. 1844 жылы Ленц өз бетімен Джоульдан тәуелсіз, Джоуль-Ленц деп аталатын, электротехниканың маңызды заңын ашты.
ғасырдың екінші жартысында, электр және магнитизм жөнінде тәжірибелерді теориялық жағынан қорытындылаудың нәтижесінде, Дж.Максвелл кеңістікте таралатын, электромагниттік өрістің болатындығы жөнінде болжам жасады. Оның жасаған өріс теориясы, 1873 жылы шыққан, “Электр жіне магнетизм туралы трактат” деген еңбегіндежарық көрді.
Г.Герц 1888 жылы жарияланған еңбегінде, кеңістікте таралатын өрісті тәжірибе жүзінде дәлелдегенін хабарлады. Алайда, Г.Герц және сол заманда электрмагниттік өрісті зерттеген көптеген ғалымдар, өздерінің лабораторияларының шегінен шыға алмады, электромагниттік толқынды сымсыз байланысқа қолдану жолын ойластыра алмады.
Мұндай мақсатты алғаш рет ойдағыдай шешкен атақты орыс ғалымы А.С.Папов болды. Ол дүние жүзінде алғаш рет радио байланысты 1895 жылы жүзеге асырды. Радионың ашылуы адамзат тарихында жаңа дәуірдің бастамасы болды.
Россияда “Электротехниканың теориялық негіздерінің” өз алдына пән болып қалыптасуы ғасырдың аяғы мен ғасырдың басына сәйкес келеді. 1904 жылы проф. В.Ф.Миткевич Петербург политехникалық институтында “Электрлік және магниттік құбылыстардың теориясы” деген курстан дәрістер оқыды. Шамамен дәл сол кезде, Мәскеудің жоғары техникалық училищесінде, электротехникалық мамандықтан инженерлер дайындалып, онда 1905 жылы проф. К.А.Круг “Айнымалы токтар теориясы” курсынан дәрістер оқуға кірісті.
“Электротехникалық теориялық негіздері” курсының пәні деп, тізбектер мен өрістердегі өтетін электромагниттік процестерді сандық және сапалық жағынан оқып үйренуді айтады. Физика және жоғары математика курстарына негізделген бұл курс, осы заманғы электротехникалық ғылымдардың әр түрлі кең кластарына қолданылатын инженерлік есептеулер және талдау әдістеріне толы болады. Сонымен қатар ЭТН курсы өндіріске қажетті болашақ мамандардың электротехника мен радиотехникадан ғылыми көзқарастарының қалыптасып жетілуінде аса маңызды рөл атқарады жіне бұл курсқа арнайы электротехникалық және радиотехникалық пәндер негізделеді.
ЭТН курсында электрлік және магниттік құбылыстарды екі тәсілмен сипаттап жазу қолданылады.
Тіхбектер теориясында нақты электротехникалық құрылымдарды жобамен идеялизацияланған схемалармен ауыстыру қолданылады. Бұл схема анықталуғатиісті кернеулерді және токтары бар тізбектің бөліктерінен тұрады. Инженерлік практикада, тізбектер теориясы аралық токтар арасынадағы кернеуді есептеуге жүгінбей-ақ, қарастырылып отырған тізбектің бөлігінің ұштарының арасындағы кернеуді тікелей дәл анықтауға мүмкіндік береді. Токтарды және өткізгіштің қимасының әр түрлі нүктелеріндегі оның тығыздықтарын ешқандай есептеусіз-ақ анықтайды.
Өріс теориясы кеңістік пен уақыттағы нүктеден нүкеге дейінгі электрлік және магниттік шамалардың өзгерісін зерттейді. Ол электрлік және магниттік өрістердің кернеуліктерін электр энергиясының сәуле шығаруымен, көлемдік зарядтың таралуы, токтардың тығыздықтары және тағы басқа зерттеулемен шұғылданады. Тізбектер теориясы және өріс теориясы деп шектен бөлу шартты түрде алынған. Мысалы, электр өткізгіштік байланыс желілеріндегі электр сигналдарының таралу процесі тізбектер теориясы әдісімен де, өрістен теориясы әдісімен де зерттеледі. Мұнда тізбектер теориясына тән кернеу ток деген ұғымдар сай келсе, электромагниттік энергияның таралу жылдамдығы өріс теориясына тән болады. ЭТН курсында диалектикалық ойлауды қалыптастыратын симметрия принципі, энергияның минималдық принципі, зарядтың сақталу заңы, магнит ағынының үздіксіздік принципі деп аталатын жалпы физикалық принциптер қолданылады.
Лабораториялық жұмыс жасау барысындастуденттердің теориядағв әңгіме етілген құбылыстардың нақты екеніне көоздері жетеді.
Электр тізбектерін есептеуді екі әдіспен баяндап жеткізуге болады. Бірінші әдіс бойынша, есептеу жұмыстары синусойдалық токтың электр тізбектерінің теориясы бойынша баяндалады. Ал екінші әдіс бойынша, әуелі есептеу әдісі резетивтік тізбектер (тұрақты ток тізбектер) қатысты қарастырылады да, сонан соң бұл әдістер синусойдалық ток тізбектеріне ауысады. Біздің көзқарасымыз бойынша, екінші тәсіл әдістемелік жағынан ұтымды өз алдына жеке екі бөлікке бөлінген материалды студент бойына жеңіл және берік сіңіреді.
Сонымен қатар қолдану облысы кең, ауқымы тұрақты ток тізбектерінің есептеулерін жүргізудің нәтижесінде, студенттердің бойында оларға қажетті білік дағдалары қалыптасады.
Негізгі бөлім
Бөлігінен тармағына қатысты екі полюсті , э . қ . к –і бөлінген тармақтың қысқыштарындағы бос жүріс кернеуіне тең , ал ішкі кедергісі екі полюстіктің шығыс кедергісіне тең болатын, эквиваленттік генератормен ауыстыруға болады .
Айталық , бізге қандайда болмасын бір схема берілген болсын және оның бір тармағындағы тоқты табу керек болсын.
Э . қ . к-інен және кедергіден тұратын барлық схеманы ойша , тік бұрышқа жинақтап , одан I – тогын табуды қажет ететін ab – тармағын бөліп алайық.
Егер осы ab – тармағына екі бірдей , бірақ бағыттары қарама – қарсы бағытталған Е1 –және Е2 – э . қ . к –ін қосатын болсақ , онда схемадағы I – тогы өзгермейді.
Салу принципі негізінде I –тогын I’ және I’’ түріндегі екі токтың қосындысы ретінде жазуға болады: I = I’ + I’’ .
I’ – тогы деп біз , э . қ . к –і Е1 – дің және басқада э . қ .к – нің тудыратын тогын , сол сияқты , тікбұрышқа топтасқан активті екі полбстіктің тогын түсінеміз . І’’ – тогын тек бір ғана Е2 – э .қ . к – і тудырады . Осыған сәйкес І’ және І’’ – токтарын табу үшін біз 31.1, б – және b – суреттерінің схемаларын пайдаланамыз . 31.1,b – суретіндегі П – тікбұрышында барлық көздер жоқ , бірақ олардың ішкі кедергілері қалдырылған .
Е1 – э . қ . к – і Uab – кернеуіне қарсы бағытталған .Э . қ . к – нен тұратын тізбектің бөлігі үшін Ом заңы бойынша :
I’ = ( Uab – E1 ) / R . (32.1)
I’ – тогы нөлге тең болатындай етіп , Е1 – ді таңдап аламыз . Сонда ab- тармағында токтың жоқ болуы , оның ашық болуына
(бас жүріс) эквивалент болады . Бос жүріс кезінде ab – қысқыштарындағы кернеуді Uabx деп белгілейік . Демек , егер E1=Uabx деп алсақ , ондаI’ =0 . I = I’ + I’’, ал I’ =0 болғандықтан, онда I’ = I’’ болып шығады . Алайда I’’ – тогы 31.1, b – суретіндегі схемаға сәйкес былай анықталады :
I’’ = E2 / (R + Rкір) = Uabx / (R + Rкір), (32.2)
мұндағы Rкір – екі полюстіктің ab – қысқыштарына қатысты кіріс
кедергісі , R – ab – тармағының кедергісі .(32.2) теңдеуіне жауапты 32.1, а – суретіндегі эквиваленттік схема болып табылады , мұнда екі полюстінің орнына U2 = Eabx э . қ . к – нің көзі және Rкір – кедергісі
( Гельмгольц – Тевенің схемасы ) кескінделген .
Э . қ . к – і көзі Е2 = Uabx және Rкір – кедергісің жиынын эквиваленттік генератор (Rкір оның ішкі кедергісі , ал Uabx – оның
э . қ . к – і ) ретінде қарауға болады .
Сонымен , бөлінген татмаққа қатысты (31.1, a – суретіндегі ab - тармағы ) схеманың қалған барлық бөлігін , аталған параметрлерінің мәндерімен қоса , эквиваленттік генератормен ауыстыруға болады .
Активтік екі полюстік эквиваленттік генератормен ауыстыруға негізделген ,бөліп алынған тармақтардағы тоқты есептеу әдісін , активтік екі полюстіктің эквиваленттік генератор әдісі немесе бос жүріс және қысқаша тұйықтау әдісі деп атайды .
Бұдан әрі біз , көбіне , бірінші атауды пайдаланамыз .
Осы әдіспен тоқты есептеудің мынадай тізбегі ұсынылады:
а) ab – тармағының ашық қысқыштарындағы ( ұштарындағы) кернеуді анықтау ;
б) барлық схеманың қысқаша тұйықталған э . қ . к –тері және ашық тармақтағы тоқ көздерінен тұратын ab – қысқыштарына қатысты Rкір – кіріс кедергісін анықтау ;
в) өрнек бойынша тоқты есептеу
I = Uabx / ( R + Rкір ) . (32.3)
Егер ab – тармағының кедергісі ( R = 0 ) нөлге тең болса , онда ол
үшін қысқаша тұйықталу режимі орын алады да , ал онымен жүретін тоқ ( Iқт ) – қысқаша тұйықталу тоғы болады. (32.3 ) теңдеуінен R = 0 болғанда :
Iқт = Uabx / Rкір (32.4)
немесе
Rкір = Uabx / Iқт (32.5)
(32.5) өрнегінен активтік екі полюстіктің кіріс кедергісін анықтаудың қарапайым әдісі келіп шығады . Ол үшін тұйықталмаған Uabx – тармағының қысқыштарындағы бос жүріс кернеуін өлшеу және тармақтың Iқт – қысқаша тұйықталу тоғын өлшеу керек ,ал сонан соң Rкір – кіріс кедергісін табуды Uabx – ті Iқт – ға бөлу арқылы анықтайды.
Бос жүріс және қысқаша тұйықталу әдісінің неге осылай анықталатынын былай түсіндіруге болады : бұл әдіспен Uabx – ті табуды шешу үшін ab – тармағының бос жүрісін пайдаланылады , ал екі полюстіктің Rкір – кіріс кедергісін анықтау үшін ab – тармағының қысқаша тұйықталуын қолданылады .
32.1 , ә - суретіндегі схемада э. қ. к – і көзін тоқ көзімен ауыстырған жағдайдағы эквиваленттік генератордың алынуы келтірілген ........