На головну

Тақырып. Электр тізбек элементтері.

  1. A. Траектория перемещения конца электрического вектора сердца в трехмерном п ространстве в течении кардиоцикла.
  2. B. потоки частиц и электромагнитных волн, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул.
  3. III.2.2. Принцип суперпозиции электрических полей
  4. III.5.1. Дипольные моменты молекул диэлектрика
  5. Internet-ресурсы, электронные издания
  6. X. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ГИПОТЕЗА ВНУШЕНИЯ НА РАССТОЯНИИ.
  7. Автономные фотоэлектрические системы (АФС)

Электр тізбегі деп, генерациялауға арналған, тапсырулар, өзгертулер және электрлік энергия қолдану құрылғылар жиынтығын атайды, осы процестер электрлік ток, электр кернеу және электр қозғаушы күш (ЭҚК) ұғымдар арқасында жазылады.

Электр тізбегіне кіретін бөлек құрылғыларды электр тізбегінің элементтері деп атайды .

Электр тізбек элементтері электр энергияны генерациялауына арналған, электр энергия көзін атайды, ал электр энергияны қолданатын элементтер электр энергиясын қабылдағыштар деп атайды.

Тізбектің тапсырушы элементтері көздер және қабылдағыштарды байланыстырады. Сымдардан басқа, тапсырушы элементтерге бақылау құралдары және басқарулар жатады , сонымен қатар қайта құрушы құрылғылар (трансформатор, түзетуші және т. б.).

Электр тізбегінің әрбір элементі тізбектен электр энергияны жұту қасиеттеріне және энергияның басқа түрлеріне ауысуына ие болады (қайтымсыз процес ), өздерінің магнит және электр өрістерін еңгізеді, энергиялар жиналады және белгілі бір шартта қайтып келеді ( кері процес ).

Бұл қасиеттердің мінездемесін беру үшін , элемент параметрлерінің ұғымын енгізеді .

Электр тізбегінен энергияны жұту элементтер қасиеттеріне кедергі параметрлері мінездеме береді және оны энергияның басқа түріне ауыстыруын.

Индукция параметрі электр тоғы аққан кезде өзіне меншікті магниттік өрісін шығаратын элементтер қасиеттеріне мінездеме береді ( өздік индукция өрісі).

Элемент қасиеттерінің заряд жинауына немесе олармен электр өрісін қоздыруына сыйымдылық (С) параметрлері мінездеме береді.

Кедергі параметрі тұрақты ток үшін R=P/I2 және ауыспалы тоқ үшін r=p/i2 мына формулалармен анықталады.

Кедергінің ХБЖ-гі негізгі өлшем бірлігін - Ом (Ом ).

Индукция параметрі L ток (I, i) арасындағы пропорционалдық коэффициенті және ағын ілінісі болып келеді (ψ, ψi): ψ=LI және ψi=Li. Оны өздік индукция коэффициенті деп атайды және ХБЖ-де өлшем бірлігі - Генри ( Гн ).

Сыйымдылық параметрі кернеу және элемент қуаты арасындағы пропорционалдық коэффициент: q=CU, q=Cu . ХБЖ-де өлшем бірлігі - Фарада (Ф)

Жалпы жағдайда кез келген нақты құрылғы 3 параметргеде ие болады R, L, C.

Кедергі, индукция, сыйымдылық параметрлерінің көмегімен сипаттауға болатын тізбек элеметтерін пассивтікдеп атайды.

Жұмысты сипаттағанда ЭҚК-н еңгізуге міндетті тізбек элементтерін активтік деп атайды. Активті элементтерге барлық энергия көздері кіреді.

Электр энергия көздерінің негізгі қасиеттері - әр түрлі потенциялдарды бөлек тізбек бөлімдерінде ұстау, сонымен қатар электрлік тоғын тұйықталған тізбекте ұстау және қоздыру- оның электр қозғаушы күшімен сипатталады. ЭҚК (Е, е) мөлшері ток көзі арқылы өтетін оң зарядты 1Кл мөлшеріне тең энергияны алады. Егер dt уақыт аралығында ауыспалы ток көзі бойынша заряд dq=idt өтсе, онда шапшаң қуаттың нығайтушы көзі p=ei тең. Тұрақты ток көзі үшін P=EI.

Токтың көз бойынша өтуін қыздырылған ішкі көздің энергия жоғалтуымен қарастырылады. Бұл жоғалтулар Rвн . кедергі параметрімен сипатталады.

Тек қана бір параметрі бар тізбек элементі идеал деп аталады.

Идеал электрлік энергия көзі тек қана Е параметріне ие болады, идеал индукциялы элементтің параметрі - тек қана L, идеал сыйымдылықтың элемент параметрі - тек қана С , резистілік элемент - бір параметр ғана R.

Электр тізбегінің графикалық бейнелеуін сұлба деп атайды. Тізбектің бірнеше бейнелеу тәсілдері бар: натуралды, принципиалды сұлба, алмастыру сұлбасы .

Электр техникалық құрылғылардың натуралды бейнелеуі және олардың қосылулары үлкен және еңбек сіңіргіштік сызбаларға әкеледі (сурет 1.2)

Идеал элементтерінің сұлбаларда белгіленуі келесілер :

 
 
 

а) б) в) г) д)

Сурет 1.1 Идеал элементтердің белгілеуі : резистивтілік ( а ), индукциялы ( б ), сыйымдылықты (в), тұрақты токтың ЭҚК көзі (г), ауыспалы тоқтың ЭҚК көзі (д).

Сурет 1.2

e
E
C
L
Егер әрбір электр техникалық құрылғыны МЕСТ бойынша ауыстырсақ, оның шартты белгілеулерімен, электр тізбектің бейнеленуін аламыз , принципиалды сұлба деп аталатын (сурет1.3.). Бұл сұлба электр техникалық құрылғылардың тағайындалуын және олардың әрекеттестігін көрсетеді , бірақ есептеген кезде тізбектердің жұмысы оңай емес.

Сурет 1.3 Принципиалды сұлба Сурет 1.4 Алмастыру сұлбасы

Есептеуді орындау үшін әрбір электр техникалық құрылғылардан идеал элементтер арқасында оның алмастыру сұлбасын ұсыну қажет, олардың параметрлері құрылғылардың параметрлері болып келеді .

Тізбектерде процестердің берілгенің немесе жақындатуын суреттеуге болатындай, электр тізбегінің алмастыру сұлбасы әртүрлі идеалданған элементтер жиынтығынан түзіледі.

Алмастыру сұлбасының кескін үйлесімі келесі геометриялық ұғымдармен анықталады : тармақ, түйін , контур.

Тармақ сұлбалары бір немесе бірнеше тізбектей қосылған элементтерден түзіледі, әр қайсысы екі қорытындыға ие ( бас және соңы ), және де әрбір алдынғы элементтердің соңы келесінің басына жалғанады.

Түйін - үш не одан да көп тармақтардан жалғанған нүкте.

Контур - бірнеше тармақ арқылы өтетін кез-келген тұйық жол.

Тізбектің алмастыру сұлбасы ( сурет 1.4) 1.2суретте көрсетілген, үш тармаққа ие

(а Rvв; а Rл в; а Е Rвн Rа в).

Егер тізбектің алмастыру сұлбасының барлық элемент параметрлері белгілі болса, онда электротехникалық заңдарды пайдаланып , барлық электр техникалық құрылғылардың электрлік күйін анықтау болады .

Электр өткізгіштіктің электрондық теорияларына сәйкес металдарда валенттілік электрондар атомдардан жеңіл бөлінеді , оң иондардан тұрады.

Иондар кристалдық торкөзін құрастырады. Бос электрондар кеңістікте торкөздер мен атомдар арасында қозғалады.

Электр өрісі кернеунің әрекетінен, электр энергия көзінің жасауымен, бос электрондар қосымша жылдамдықтарға ие болады және бір бағытта орналасады. .

Жалпы жағдайда тұрақты тоқ электр өрісінің әрекетінен оң және теріс зарядтты реттелген қозғалыстар көрсетеді. Оң және теріс зарядтардың қозғалыс бағыттары қарама-қарсы, сондықтан келісіп алу керек, қандай зарядтардың қозғалысын оң бағытталған тоқ деп санауға болады. Оң бағытталған тоқты оң заряттардың қозғалыс бағыттары деп санайды. Ол бағыт стрелкамен белгіленеді.

Элементте оң бағытталған тоқ (сурет 1.5) немесе тармақтар өз бетімен шығады және стрелкамен көрсетіледі. Егер оң бағытталған тоқты таңдаған кезде тап осы элементте тоқ тізбегінің жұмыс уақытын есептеу нәтижесінде оң болып табылады. Нақты бағыт болмаған жағдайда оң бағытқа қарама-қарсы таңдалады.

Сурет 1.5 Белсенді кедергімен R электрлік тармақ

Тізбек сұлбасының элементінде кернеудің оң бағыты (сурет 1.5) тізбек учаскелеріне арналған, энергия көзі болмайтын, токтың оң бағытымен сәйкес келетіндей етіп таңдауды ұсынады және стрелкамен көрсетіледі , 1.5 суретте

Потенциалдыда ( Кулоновом ) заряд өрісі үлкен потенциалды нүктеден төмен потенциалды нүктеге дейін қозғалуға әрқашан ұмтылады , нәтижесінде барлық потенциалдар тегістеледі , әр түрлі белгілермен барлық зарядтар өзара компенсируются және барлық электрлік әсерлер жоғалады . Кулон заңына қарамастан теріс зарядтар оң зарядтардан алып тасталынады, процестердің қайсыбірі бар болуы сондықтан қажетті.

Түрлі есімді зарядтарды бөлуге ұмтылатын, Кулон күштеріне қарсылық ететін күшті, шеттік немесе кулондық емес деп атайды.

Шеткі күштердің барысы электротехникалық құрылғылардың жұмысы үшін қажетті . Шеткі күштерсіз электротехника бар бола алмас еді.

Зарядтарды қайта бөлуіне кулондық емес күштердің қатысу саны немесе олардың қозғалысында электр тізбек арқылы жұмыс бағаланады, олардың әрекеттері арқылы бірлік зарядты тасымалдау кезінде іске асыруға қабілетті. Бұл мөлшерді электр қозғаушы күш (ЭҚК) деп атайды.

Электр тізбегінде кулондық емес күштердің әрекеті электр энергия көзінің ішінде орналасқан. Электр тізбектерінің сұлбаларында ЭҚК әрекеті дөңгелекпен бейнеленеді. Дөңгелек ішіне бағытын көрсететін стрелка қойылады, оң ЭҚК оң зарядты орналастыруға ұмтылады ( сурет 1.6).

Сурет 1.6 Электр энергия көзінің алмастыру сұлбасы

Егер өткізгіш көзін жүкке тұйықтасақ , тоқ тізбек арқылы ЭҚК көзіне бағытталады.

Оң бағытталған тоқ және қабылдағыш кернеулер сәйкес келеді , яғни сыртқы көз қысымдарына оң бағытталған кернеу оң бағытталған тоқ көзіне қарама-қарсы. Демек , ішкі көздердегі оң зарядтар бұл уақытта потенциалдардың өсуіне қарай бағытталады. Қабылдағышта оң зарядтар кему потенциалдарына қарай бағытталады.

Бөлімдерді тізбектей жалғаған кезде немесе электр тізбек элементтері бөлек ток оларға біреу. Тізбектей жалғанған мына белгіге (сурет 1.7) сұлба талапқа сай болады, ал , үш элемент кезінде ( мысалы , үш резистор кедергімен R1, R2, R3) мынандай ретпен қосылған : келесі элементтің соңы мен алдындағы элементтің басы қосылған, тап осы элементтердің кіріс қысымдары бірінші элементтің басы мен соңғы элементтің аяғы болып келеді (Н1, К3). күштенуін іс істейді , , Кирхгофтың екінші заңына сәйкес , кіріс қысымдарының арасында кернеу U әрекет етеді, бөлек элементтерде кернеу құлауының соммасына тең. (бөлімдерде):

U= U1 + U2 + U3 = IR1 + IR2 + IR3;

U = I(R1 + R2 + R3) = IR; (1.1)

R= R1 + R2 + R3.

Сурет1.7 Тізбектей жалғау

Бөлімдерді параллель жалғау кезінде немесе бөлек элементтердің тізбектері, олардың барлығы бір түйінге жалғанған, яғни бір кернеудің әрекетінде болады.

Сурет1.8 Параллель жалғау

Паралель жалғанған мына белгіге (сурет 1.8) сұлба сай болады, ал , үш пассивті элементтердің басы (мысалы, үше резистор) кедергімен R1, R2, R3 түйінде жалғанған Н, ал соңы К түйінінде. Түйін нүктелерінің арасында кернеу әрекет етеді U=U1=U2=U3.

Пассивті элементтерді паралель жалғаған кезде есептеуде тармақтардың өткізгіштігін қолдану ыңғайлы. Дәл осы жағдайда өткізгіштер g1=1/R1; g2=1/R2; g3=1/R3, ал тармақтағы токтар I1=Ug1; I2=Ug2; I3=Ug3.

Кирхгофтың бірінші заңына сәйкес , I топтың тармақтарының ( элементтері ) жалпы тоғы тармақ тоқтарының соммасына тең және дәл осы жағдайда Н түйінінен К түйініне бағытталған:

I = I1 + I2 + I3 = Ug1 + Ug2 + Ug3

I = U(g1 + g2 + g3) = U; (1.2)

Где g = g1 + g2 + g3.

Параллель жалғау үшін пассивті элементтер санының (п) ұқсас айтылғандарын жазуға болады . Жалпы ток мағыналарын сақтау кезінде пассивті элементтердің эквиваленттік өткізгіштіктерінің барлық әрекеттері арқылы жалпы өткізгіштігі g. Сондықтан пассивті элементтер тобын бір элементпен ауыстыруға болады ( эквиваленттікпен ) және қарапайым сұлбаны алуға болады ( сурет 1.8, б), онда R = 1/g.

Металл сымдармен көп санды элементтер негізінде, әртүрлі ұзындықпен, қимаға және материалға, неміс ғалымы С. с. Ом келесі заңды орнатты: өткізгіштер соңында потенциалдар айырымы өткізгіштегі тоққа пропорционал

U = Ri. (1.3)

Ом пропорционалдық коэффициентті электрлік кедергі деп атады. Ол ұзындыққа түзу пропорционалды және өткізгіш қимасына кері пропорционалды :

R = ρl/S, (1.4)

ρ - өткізгіш орындалған материалдың салыстырмалы кедергісі,

l -өткізгіш ұзындығы,

S -өткізгіш қимасы.

Мөлшерді, кері кедергіні, өткізгіштік деп атайды:

g = 1/R. (1.5)

ХБЖ-де кедергінің негізгі өлшем бірлігі - Ом ( Ом ); өткізгіштікі - сименс ( См ).

Электрлік мінездеме U=f(I) вольтамперлік мінездеме деп аталады . Егер ол өткізгіштер үшін иілген түзу сызық (сурет 1.9) болса, Ом, тізбек заңына бағынатын, осы өткізгіштен құралғанды сызықтық деп атайды.

Кирхгофтың екі заңы электр тізбектерінің негізгі заңдары болып саналады . Көптеген тәжірибелердің негізінде екі заң анықталған болатын .

Кирхгофтың бірінші заңына сәйкес сұлбаның кез-келген түйініне келетін токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең:

(1.6)
 

 
 

I
Сурет 1.9 Сызықтық кедергінің Вольтметрлік кедергісі

түйінге бағытталған токтар плюс таңбасымен жазылады , ал минус таңбасы түйіннен бағытталғандар жазылады . Мысалы , тізбек түйіні үшін (сурет 1.10)

I1 + I2 + I4 = I3 + I5.


Сурет 1.10

Кирхгофтың екінші заңына сәйкес кез-келген тұйық контурдың бойындағы кернеулердің алгебралық қосындысы нөлге тең:

m - контурдың бөлім саны. Кернеу плюс таңбасымен жазылады және минус таңбасымен - қарама-қарсы бағытталған немесе керісінше .

Тізбекке арналған , ЭҚК көзі және резистивтілік элементтер кіретін, резистивтік элементтердегі кернеудің алгебралық қосындысы ЭҚК-тің алгебралық қосындысына тең

(1.7)

m - резистивтік элементтер саны ,

n - контурдағы ЭҚК саны .

Жеке жағдайда контурға тізбектің бір тармағы кіре алады, сондықтан ол тізбектердің сыртықы тармақтарында тұйықталады (сурет 1.11)

Сурет 1.11

Сурет 1.11

Бұл жағдайда:

RI - U = E

Немесе

I = (U = E)/R

Алынған теңдеу ЭҚК көзінің тармақтары үшін қайнарымен талдап қорытылған Ом заңы

(сурет 1.12 а) бір энергия көзі бар электр тізбегінің сұлбасы көрсетілген (Е, R), ал пассивті элементтер тобында тібектей және параллель жалғанған тармақтарды көрсетуге болады. Ұқсас тізбектерді есептеу үшін сұлбалардың өзгерту әдісін қолданады (тоқтатудың), нәтижесінде олар қарапайым түрге келеді . Болжайық , мына тізбекке пассивті элементтердің кедергілері белгілі, ЭҚК Е . Әрбір элементтің кернеуін, ток және барлық тізбектерді табу керек.

Сұлбаны өзгерту бұл жағдайда үшінші тармақтан басталады, элементтері R3 және R4 тізбектей жалғанған, бір кедергіні алмастырғанда R34 = R3+R4 қарапайым сұлба аламыз ( сурет 1.12). Мына сұлбада элементтері R2 және R34 паралель жалғанған . оларды да эквиваленттік кедергімен ауыстырамыз R234 өткізгіштерді қосып g2 = 1/R2и g34=1/R34 g234 = g2 + g34; R234= 1/g234.қарапайым схема тағы көбірек 234. Ауыстырудан кейін барлық элементтері тізбектей жалғанған өте қарапайым сұлба аламыз ( сурет 1.12, в ), қайсыда барлық элементтер жүйелі қосылған .

Тізбектің ішкі бөлімінің жалпы кедергісі ( эквиваленттік ) R=R1 R234+R5 Осындай ауыстыру қарапайым сұлбаға алып келеді ( сурет 1.12, г), онда ток

I1 = E/( Rвн.+R)

Сұлба бойынша ( сурет 12) бірінші және екінші тармақтағы токтарды есептеу үшін түйін нүктелерінің арасынан кернеуді табамыз Uав = I2R234

Токтар I2 және I3 I2= Uаб/R34, I3=Vав/R2 тең

Есептегеннен кейін кернеуді табамыз:

U1 = R1I1; U5 = R5I1,

Uab+U + U1 + U5 = E - RвнI=U

Жалпы жағдайда электр тізбегінің ауыстырмалы сұлбасында тармақ p және түйін q болады. Сұлбаны есептеу үшін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша байланысты емес теңдеулер құруымыз керек (q-1) және Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдеу құрамыз (р-q+1). Осы теңдеулерге байланысты түйіндерді және контурларды байланысты емес деп атайды.

Кирхгофтың бірінші заңы бойынша байланысты емес теңдеулер саны түйін санынан бір санға азырақ, себебі әр тармақтың тоғы түйінмен жалғау үшін теңдеулерге әртүрлі белгілермен кіреді. Барлық түйіндердің қосылған теңдеулерінің алгебралық қосындысы нөлге тең.

Сурет 1.12

Мысал ретінде тізбек есептеулерін, ( сурет 1.13) көрсетілген алмастыру сұлбасын және де түйін q = 2 , тармақ р = 3 tq қарастырады.

Сурет 1.13

Байланысты емес контурлар саны p-q+1=2

Оң бағытталған тармақтардың токтарын өз бетімен таңдаймыз. I1, I2, I3. Бұтақтардың токтардың бағыт положительнесін. 1, I 2, I 3. Бірінші заң бойынша бір теңдеу құрастырамыз , мысалы түйін үшін (а)

-I1-I2+I3=0

Және Кирхгофтың екінші заңы бойынша - екеу , мысалы контур үшін 1 және 2

R1I1 + R2I2 =E1 - E2;

-R2I2 + R3I3 = E2 - E3.

Осы үш теңдеулердің шешімі тоқтардың мағынасын береді I1, I2, I3.

Ом және Кирхгоф заңдарының көмегімен кез келген электр тізбегінің жұмыс уақытын есептеуге болады. Бірақ та теңдеулердің жүйе реті үлкен болуы мүмкін. Есептеулерді оңайлату үшін әдістерді қолданады: контур тоқтары, түйін потенциалдары, эквиваленттік генераторлар және т. б.

Бұл әдістердің барлығы Ом және Кирхгоф заңдарына негізделген.



1   2   3   4
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати