Лекция №7. Айнымалы тоқ және оның параметрлері: периоды, жиілігі және т.б

Жоспар

1. 
   Айнымалы тоқ туралы мағлұмат
   
2. 
   Айнымалы тоқтың параметрлері: периоды, жиілігі және т.б.
   
3. 
   Уақытша диаграммалар
   

• 
  Электр тоғы, металдардағы электр тоғы, сұйықтардағы электр тоғы, газдардағы электр тоғы, вакуумдегі электр тоғы және т.б. Тұрақты тоқ - бағыты және шамасы іс-жүзінде уақыт өтсе де өзгермейтін тоқ.
  

Айнымалы токты пайдаланудың 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 өсуіне байланысты оны алыс қашықтыққа жеткізу мәселесі алға қойылды. Бұл мәселенің шешімі электр энергиясын таратуды, ол үшін әртүрлі кернеуді табуды талап етті. Үнемділік жағынан алғанда, электр энертиясын 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 түрлендіретін құрылғы, яғни қарапайым трансформаторлар қажет болды, оны да өзінің шырақтары үшін Яблочков ойлап тапты.

Одан кейін атақты орыс инженері және ғалымы М.О.Доливо – Добровольскийдің басшылығымен үш фазалы жүйе ойлап шығарылды. М.О.Доливо – Добровольскийдің арқасында айнымалы ток кеңінен тарады. 1889 жылы ол бірінші рет фазалы қозғалтқыш және 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 орталықтандырылған түрде электр энергиясын өндіруді, алыс қашықтыққа жеткізуді, оны таратуды және қабылдауды игерген кезеңнен басталды.

Айнымалы токқа қатысты ұғымдармен танысайық.

Айнымалы ток деп уақытқа байланысты шамасы мен бағыты өзгеріп отыратын токты айтамыз. Айнымалы токтың кез келген аз уақыт мезгіліндегі мәнін лездік ток деп атайды, оны i әрпімен белгілейді. Лездік токтың (і) зарядқа және уақытқа қатысты екендігі мына қатынастан көрінеді:

i = dq / dt. (1)

0 – ден t – ға дейінгі уақыт аралығында айнымалы ток мынандай заряд тасиды:

q = ∫ i dt.

Халықаралық СИ жүйесі бойынша ток күшінің бірлігі ретінде ампер (А) алынған. Бұл жүйеде заряд ампер – секундпен немесе кулонмен өлшенеді. 1 кулон (Кл) заряд 6,29 * 10¹⁸ электрон зарядына тең. Егер ток күші 1 ампер болса, онда бұл - өткізгіштің көлденең қимасы арқылы секундына 6,29 * 10¹⁸ электрон ағып өтеді деген сөз.

Егер лездік токтың уақытқа тәуелділігі белгілі болса, i = F(t) және оның бағыты көрсетілсе, онда токты белгілі деп есептеуге болады. Айнымалы токтың пішіні әртүрлі, соның ішінде көп тарағандарының бірі – периодты токтар.

Периодты токтар деп токтың лездік мәндері бірдей уақыт аралықтарында қайталанып отыратын токтарды айтамыз. Ал тоқтың лездік мәні қайталанып отыратын ең аз уақыты сол токтың периоды деп аталады, оны Т әрпімен белгілейді. Периодтық ток үшін:

i = F(t) = F(t+T) (2)

1 – сурет. Айнымалы тоқ графигі

Қисық сызық бойындағы кесінділер ‹‹а›› мен ‹‹в››, ‹‹0›› және ‹‹с›› аралықтарын токтың бір период кезіндегі толық циклі дейміз.

Периодқа кері шаманы жиілік дейміз, ол ƒ әрпімен белгіленеді және герцпен (Гц) өлшенеді:

ƒ = 1 / T (Гц) (3)

Электротехникада қолданылатын айнымалы токтардың жиілік ауқымы (диапазоны) өте кең. Ол ондаған герцтен миллиард герцке дейін барады. Еуропа электр энергетикасында стандарт жиілік тағайындалған (өндірістік 50 Гц, ал АҚШ пен Жапонияда 60 Гц). Байланыс техникасында жиілігі жоғары (100кГц-тен 30 ГГц-ке дейін) айнымалы тоқ пайдаланылады.

Жоғарыда сөз болған және жаңадан енгізілген анықтамалардың барлығы бұдан былай да кернеу, ЭҚК, магнит ағындары үшін пайдаланыла береді. Кернеу және ЭҚК жайында сөз еткенде, сұлбада олардың оң бағытын стрелкамен немесе әріптің төмен жағына қойылған индекс арқылы белгілеу керек.

Электр энергетикасында қарапайым гармоникалық немесе синусоидалық токтар пайдаланылады, яғни токтың уақытқа тәуелділігі синусоидалық функция болады. Радиотехникада, автоматикада, телемеханикада және есептеу техникасында синусоидалы емес периодты токтарды пайдаланған кезде біраз қиындықтарға кездесеміз. Олар: электр энергиясы шығынының ұлғаюы, тізбектің кейбір бөліктерінде кернеудің едәуір пайда болуы, электр байланыстарының (телеграф, телефон) жұмысатарына кедергі келтіретін бұрмалаушы жағдайлардың тууы.

Синусоидалық емес периодты токтар дегеніміз - әртүрлі жиіліктегі синусоидалық тоқтардың жиынтығы.

Айнымалы тоқ айнымалы кернеу арқылы өндіріледі. Тоқ жүріп тұрған сым төңірегінде пайда болатын айнымалы электрлі магниттік өріс айнымалы тоқ тізбегінде энергия тербелісін тудырады, яғни энергия магнит немесе электр өрісінде периодты түрде бірде жиналып, бірде электр энергиясы көзіне қайтып отырады. Энергияның тербелуі айнымалы тоқ тізбектерінде реактивті тоқ тудырады, ол сым мен тоқ көзіне артық ауырлық түсіреді және қосымша энергия шығынын жасайды. Бұл – айнымалы тоқ энергиясын берудегі кемшілік. Айнымалы тоқ күші сипаттамасының негізіне айнымалы тоқтың орташа жылулық әсерін, осындай тоқ күші бар тұрақты тоқтың жылулық әсерімен салыстыру алынған. Айнымалы тоқ күшінің осындай жолмен алынған мәні әсерлік мән деп аталады әрі ол период ішіндегі тоқ күші мәнінің математикалық орташа квадратын көрсетеді. Айнымалы тоқтың әсерлік кернеу мәні де осы сияқты анықталады. Тоқ күші мен кернеудің осындай әсерлік мәндері айнымалы тоқтың амперметр және вольтметрі арқылы өлшенеді.

Таралуы, түрленуі

Айнымалы тоқтың үш фазалық жүйесі жиі қолданылады. Тұрақты тоққа қарағанда айнымалы тоқтың генераторлары мен қозғалтқыштарының құрылымы қарапайым. Айнымалы тоқ әуелі шала өткізгіштер арқылы, ал одан кейін шала өткізгішті инверторлар көмегімен жиілігі реттелмелі басқа айнымалы тоққа түрлендіріледі.

i(t)=I_msin(t+), мұндағы I_m-тоқ амплитудасы, ω = 2πf – тоқтың бұрыштық жиілігі,  - бастапқы фаза.

Сондай жиіліктегі кернеу де синусойдалық заң бойынша өзгереді:

u(t)=U_msin(t+), мұндағы U_m- кернеу амплитудасы,  - бастапқы фаза.

1. 
   
   
   жүктеу/скачать 10,27 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: