Электрлік емес білім беру бағдарламасының студенттері үшін арналған
дәріс әзірлеген аға оқутышы
Какимова Клара Шамеловна
Дәріс жоспары: 1. Бір қорек көзі бар тұрақты тоқ электр тізбектерін талдау 2. Электр тізбектерінің эквивалентті кедергілері 3. Электртехниканың негізгі заңдары (Ом, Кирхгоф заңдары) 4. Электр тізбектеріндегі энергетикалық баланс 5. Бірнеше ЭҚК бар электр тізбектерін талдау
Тақырыбы: Қарапайым тұрақты электр тізбектерін талдау. Электр тізбектерінің эквивалентті кедергілері. Электр тізбектерінің заңдары. Электр тізбектеріндегі энергетикалық баланс. Бірнеше ЭҚК бар электр тізбектерін талдау.
Электр тізбегі - бұл электр сымдарымен өзара байланысқан электр энергиясын өндіруге, беруге және түрлендіруге арналған электр құрылғыларының жиынтығы.
Электр тізбегін құрайтын жеке электр құрылғылары электр тізбегінің элементтері деп аталады және олар 3 топқа бөлінеді:
Генерациялау құрылғылары (электр энергиясының көздері) – энергияның әртүрлі түрлерін (жылу, химиялық, жарық, механикалық) электр энергиясына айналдыратын электр тізбегінің элементтері.
Қабылдағыш құрылғылар (электр энергиясын қабылдағыштар) – электр энергиясын энергияның басқа түрлеріне түрлендіретін электр тізбегінің элементтері.
Көмекші құрылғылар - бұл электр тізбегіндегі параметрлерді басқаруға, реттеуге, қорғауға, бақылауға және өлшеуге арналған және энергияның негізгі түрленуімен тікелей байланысты емес электр тізбегінің элементтері.
Келесі суретте бір электр көзі мен бір электр қабылдағышы бар қарапайым электр тізбегі көрсетілген. Мұндай тізбек қарапайым электр тізбегі деп аталады.
Электр тізбектерінің негізгі заңдары.
Электр тізбектерін зерттеуге және есептеуге болатын электротехниканың негізгі заңы-ток, кернеу және кедергі арасындағы қатынасты белгілейтін ОМ және I Кирхгоф заңы, II Кирхгоф заңы. Олар энергияны үнемдеу және электр тізбектерін зарядтау принциптеріне негізделген
Осы заңдар негізінде барлық электр тізбегіндегі және
белгілі бір тізбек бөлігіндегі токтар мәні, кернеу, ЭҚК арасындағы байланыс орнайды.
Пассивті элементті тізбек бөлігі үшін Ом заңы келесідей тұжырымдалады: корек көзі болмаған электр тізбегінде ток кернеуге тура пропорционал және кедергіге кері пропорционал
Электр тізбегін есептеуде кей кездері R кедергісімен емес, кедергіге қарсы өлшем g электрлік өтімділікті пайдаланған жөн
I
мұндағы
- өтімділік
r0
1
Толық тізбек үшін Ом заңы
Энергияны үнемдеу және электр тізбектерін зарядтау принциптеріне негізделген
UR= I1*R
Тұйықталған тізбектегі электр тогы энергия көзінің ЭҚК-і әсерінен ағады
Бұл заң, ішкі кедергісі r0 бар, қорек көзі ЭҚК пен тізбектегі I токтың және толық тізбектің жалпы кедергісі RЭ = r0 + R арасындағы тәуелділікті анықтайды
Тізбектегі тоқ күші электр қозғаушы күшіне (ЭҚК) тура пропорцианал, тізбектің сыртқы және ішкі кедергісінің қосындысына
кері пропорцианал
Кирхгофтың І – заңы (токтар үшін) электрлік тізбектің түйініндегі токтардың алгебралық қосындысы нөлге тең, яғни түйінге бағытталған токтардың қосындысы түйіннен шыққан токтардың қосындысына тең.
Мысалы, 1 – суреттегі электр тізбегінің түйіні үшін
Кирхгоф заңдары
немесе
1 - сурет
Кирхгофтың бірінші заңы электр тізбегінің түйіні үшін тұжырымдалған және сол түйінге қосылған тармақ токтарының арақатынасын анықтайды.
Кирхгофтың бірінші заңы энергияның сақталу заңына негізделген.
Осыдан келесі тұжырымға келуге болады:
түйінге ағатын тоқтардың қосындысы түйіннен шығатын тоқтардың қосындысына тең. Яғни түйінде заряд жиналмайтынын көрсетеді.
Бұл ретте алгебралық қосынды тармақ токтарының шартты оң бағыттарын есепке алуды көздейді: түйінге қарай оң бағыттары бар токтар "плюс" белгісімен, ал түйіннен бағытталған токтар "минус"белгісімен қосылады.
Кирхгофтың ІІ – заңы (кернеулер үшін)
Кирхгофтың ІІ – заңы электр тізбектерінің контурларына арналған және ондағы кернеулер балансын анықтайды
кез-келген тұйық контурдағы ЭҚК алгебралық қосындысы, осы контурдың резисторларындағы (кедергілеріндегі) кернеулердің кемулерінің алгебралық қосындысына тең. Резистивті элементі бар тізбек үшін келесі теңдеуді аламыз
Кез келген тұйыкталған контурда кернеулердің алгебралық қосындысы нольге тең
ЭҚК көзі – сыртқы тізбекке берілетін токтың шамасы қыспақтардың арасындағы кернеуден тәуелсіз болатын элемент. ЭҚК идеалды көзінің ішкі кедергісі нөлге тең.
Электр тізбектерінің элементтері тізбектерде әртүрлі жолдармен қосыла алады. Электр тізбектеріндегі тұтынушыларды қосу тізбектей , параллель және аралас болуы мүмкін.
Элементтердің тізбектей , параллель және аралас қосылуы
1- сурет
Элементтердегі осы токтан кернеулердің кемуі Ом заңы бойынша анықталады
Тізбектей қосылуы. 1 суретінде бейнеленген тізбектің барлық бірізді қосылған элементтері бойынша бір ғана I тогы өтеді
Тізбектің қыспақтарындағы кернеу Кирхгофтың екінші заңы бойынша есептеледі
,
Элементтердің параллель қосылуы.
Өткізгіштіктері q1, q2, … qn тең, 3 суретінде бейнеленген элементтердің параллель қосылуы кезінде, әр элементке жұмсалатын U кернеуі бірдей. Осы кезде тармақтарда I1, I2, … In токтары орын алады.
Параллель қосылуы кезінде екі түйін арасында көптеген тармақтар орналасады.
Кирхгофтың бірінші заңы бойынша тізбектің қосынды тогы
I = I1 + I2 +…+ In,
3- сурет
немесе келесі формуламен есептелінеді
Сондықтан тізбектің қосынды кедергісі келесіге тең
мұндағы
тізбектің кедергісі.
Энергия қорек көзінің қуаты кез келген уақытта, тізбектің
барлық саладағы қуатының қосындысына тең екенін энергия
сақтау заңынан көруге болады:
Егер ЭҚК бағыты айналып өту бағытына сәйкес келсе, онда нүктелердің потенциалдарын есептеу кезінде Е1 және Е3 сияқты " + "белгісімен жазылады; егер Е2 сияқты –" – " сәйкес келмесе. Кернеудің төмендеуі үшін тағы бір ереже: егер пассивті элементтегі ток контурды қарама –қарсы айналып өтетін бағытта болса, онда кернеудің төмендеуі " + "белгісімен жазылады, егер бағыт бойынша сәйкес келсе, онда" - "белгісі.
Бұл теңдеу энергетикалық теңгерім теңдеуі деп аталады. Қуат
0, яғни қорек көзі генератор режімінде жұмыс жасаса, Е
мен І бағытымен сəйкес келеді.
Қуат 0, егер де қорек көзі тұтынушы ретінде жұмыс
жасаса, яғни Е мен І бағытымен сəйкес келмейді.
Элементтердің аралас қосылуы
Элементтері аралас қосылған 4 суретінде бейнеленген схеманы қарапайым схемаға түрлендіруге болады. Ол үшін параллель тарақтарды бір тармаққа, ал біріздіні – бір бөлікке ауыстыру керек.
4 суретіндегі схема үшін параллель тармақтардың баламалы өткізгіштігін анықтаймыз
және оған сәйкес кедергіні
Содан кейін бірізді бөліктің кедергілерін қосып тізбектің баламалы кедергісін аламыз
Тізбектің қосынды (кіріс) тогы
Осылай көпконтурлы бастапқы тізбек бірконтурлы тізбекке алмасты.
Тізбектің әр бір тармағында ток ағады, белгісіз токтардың саны тізбектегі тармақтардың санына тең.
Өрнектерді құру алдында:
Тармақтағы токтардың оң бағытын таңдап, сұлбада бағытын көрсетеміз.
Контурдағы ағатын токтың оң бағытын таңдаймыз(Кирхгофтың II заңы үшін)
Кирхгофтың I заңы бойынша өрнектер саны түйіндер санынан бірге кем болу қажет
а түйіні үшін:
Кирхгофтың II заңы бойынша өрнектер саны тәуелсіз контурлар санына тең болу қажет
Эквивалент түрлендірулер алмастыру схемаларын жеңілдету үшін қолданылады. Егер тізбектің өзгермейтін бөлігіндегі жоктар мен кернеулер өзгермесе, түрлендіру эквивалент болып саналады. Түрлендірудің әділдігі Ом және Кирхгоф заңдарын қолдану арқылы дәлелденеді. Электр тізбектерін түрлендірудің жиі кездесетін жағдайларын қарастырыайык.
ЭҚК мен кедергінің тізбектей жалғануында
Электр тізбегі қабылдағыштарының қандай жалғануы параллель болады?
Туғанбаев Ы. Т. Электротехниканың теориялық негіздірі: Оқулық. /Ы. Т. Туғанбаев Алматы: Экономика. 2012. 500 б.
Ахметбаев Д.С. Электр техниканың теориялық негіздері : оқулық электроэнергетика бағытының студенттеріне, магистранттарына арналған, докторанттар мен инженер-техник мамандар үшін де пайдалы / Д. С. Ахметбаев ; Алматы энергетика және байланыс университеті. - Алматы : ЖШС "Лантар Трейд", 2019. - 329 б.
Есимханов, С.Б. Электротехниканың теориялық негіздері (Айнымалы тоқтың электр тізбектері) [Текст] : оқу құралы студенттерге арналған / С. Б. Есимханов, 2014. - 64 б.
Алимгазинова Н.Ш., Манапбаева А .Б. Электр техниканың теориялық негіздері: бaкaлaвриaт мaмaндықтaрының студенттеріне aрнaлғaн, ҚАЗАҚ УНИВЕРСИТЕТІ, 2017- 228б.
