Тұрақты ток электр тізбегі

Каримова Акмарал Сафиуллиевна

Лекция №1.  Кіріспе. Тұрақты ток электр тізбегі.

1. Кіріспе.
2. Электр тізбегі жөніндегі жалпы түсніктер.
3. Электр тізбегі теориясы жөніндегі топологиялық түсініктер.
4. Кирхгоф заңдарын қолдану.

 

1. Кіріспе.

    Жаңа қоғам өмірін электр энергиясынсыз көзге елесстету мүмкін емес. Адам өміріне қажетті материалдық және рухани нәрселер тұрғын үй, киім, тамақ, радио, кино, телевидение, транспорт және байланыс жұмыстарын электр энергиясының көмегімен ғана жүзеге асырылады

   Яғни, электротехника – электр және магнит құбылыстарын практикалық мақсатқа қолдану тәсілдерін зерттейтін ғылым. Электротехника социальдық, экономикалық және экологиялық проблемалармен тығыз байланысты.

   Адам  еңбегін жеңілдететін, өндірістегі  күрделі процестер және еңбек  өнімділігін арттыратын, әр түрлі  электрлі машиналармен автоматикалық  қондырғыларының жұмысы электр  энергиясынсыз жұмыс жасамайды. Заводтар мен фабрикалардағы  әртүрлі машиналар, станоктар мен  механизмдердің көбісі, электр двигательдер  арқылы жұмыс жасайды.

   Қазіргі  электр энергиясын қолданбайтын  техника немесе өндіріс жоқ, ал  болашақта электр энергиясын  өндірісте қолдану одан да  орта түседі.

   Электр  энергиясының өмірдегі және өндірістегі  орнын, маңызын біле отырып бізге  осының бәрін түсіңдіретін электротехника  пәнін білмей жақсы білімді  маман, инженер болып шығу мүмкін  емес. Сондықтан да әрбір инженер, мейлі ол металлург болсын, мейлі  ол кұрлысшы, химик, механик және  кенші болсын  электротехника  пәнін біліп, электр энергиясын  қолдана білу керек.

   Бүгінгі  қоғамдық өмірде электр энергиясының  зор мағынасы басқа энергия  түрлерінен басымдылығы екенін  түсіндіреді.

   Электр  энергиясының ең жақсылығы сонда, оны басқа энергия түрлеріне  айналдыруға болады. Мысалы: механикалық, жылулық, сәулелік, химиялық, сонымен  қатар шамалы шығынмен оны  үлкен қашықтыққа жеткізуге болады.

 

2. Электр тізбегі жөніндегі жалпы түсініктер.

   Электр тогын қоздыратын және ондағы электромагнит процестерін, электр қозғаушы күш, ток және кернеу деген түсініктер арқылы сипатталатын, құрлығы және объект жиынтығын электр тізбегі деп атайды. Тұрақты ток электр тізбегінде тұрақты ток әсер етуі мүмкін, яғни мәні және бағыты кез – келген лездік уақытта өзгермейтен (1.а-сурет), сол сияқты бағыты тұрақты болып қалатын, ал мәні уақытқа байланысты өзгеретін (1.б-сурет) немесе қандайда бір заң бойынша өзгеретін токтар (1.в-сурет) .

 

I                                          I                     I

 

                 

                    0                          t            0                        t             0                         t

                                   а                                                    б                                       в

1-сурет

 

   Қазіргі  техникада тұрақты ток тізбегі  деп, егер де онда ток өзінің  бағытын  өзгертпесе, яғни  ток  көзінің электр қозғаушы күшінің  полярлығы  тұрақты болса. 

   Электр тізбегі пайдалануына  байланысты 3 топқа бөлуге болатын  жеке құрылғылардан немесе элементтерден  тұрады.

1. топ – электр энергиясын тудыру үшін арналған элементтер (ток көзі немесе электр қозғағыш күш көзі) .
2. топ – электр энергиясын басқа энергияға түрлендіретін элементтер (механикалық, жылулық, жарықтық, химиялық  ж/е т.б.). Бұл элементтерді электрқабылдағыш деп атайды.
3. топ – ток көзінен электроэнергияны электр қабылдағышқа жеткізу үшін пайдаланатын элементтер (өткізгіштер деңгейін ж/е кернеудің сапасын қамтамасыз ететін құрылғылар және басқалар).

                                        

   Тұрақты ток тізбегінің ток  көзі дегеніміз - бұлар гальваникалық элементтер, электрлік аккумуляторлар, электромеханикалық генераторлар, термоэлектрлік генераторлар, фотоэлементтер.

     

Гальв. элем          Электромех.       Термоэл. генер.       Фотоэлемент            Ток көзі.

ж/е электрлік  генераторлар.                                                                          ЭДС көзі

аккумулятор.

                    2 - сурет. Тұрақты ток көздерінің  шартты белгілері.

    Барлық  ток көзінің ішкі кедергісі  болады, электр тізбектің басқа  бөлшектерінің кедергісімен салыстырғанда, оның мәні онша үлкен емес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электр энергияны механикалыққа түрлендіретін, қыздыратын және жарықтандыратын приборлар, электролиз құрылғылары және басқалары да тұрақты тоқтың электр қабылдағышы болады (3-сурет)                  

   Электрқозғалтқыш       Резистор                Қыздырғыш  Электрлі      Лампа

                                                                 элемент               қыздырғыш 

                                                                                              приборлар

                                                                                                                                                                                                            

                    3-сурет.  Тұрақты ток электр қабылдағыштарының шартты белгілері.

    Барлық электр қабылдағыштар электрлік параметрлермен сипатталады. Солардың ішіндегі негізгілері-кернеу және қуат. Электр қабылдағыш бір қалыпты жұмыс істеу үшін, оның ұштарына нақтылы кернеу  Uнақ  ұстап тұру қажет.

    Электр тізбегінің бөлшектері активтік және пассивтікке бөленеді. Электр қозғаушы күш индукцияланатын элементтер активтікке жатады (электр қозғаушы күш көздері электродвигательдер, зарядталу  процессіндегі аккумуляторлар және басқалар) .

   Пассивтік бөлшектерге жататындар электр қабылдағыштар және жалғанатын сымдар.

   Электр кедергісі бар және резистор деп аталатын электр тізбегінің бөлшектері, оның ұшындағы кернеудің сондағы токқа тәуелділігі вольт-амперлық сипаттамасы   деп аталады (4-сурет) .

               

 

                      I                                                               I

                      U  

                               (а)                             U                           (б)

                     4-сурет . Электр  тізбегі бөлшектерінің вольт-амперлік сипаттамалары

                               (а)-сызықтық бөлшек

                               (б)-сызықтық емес бөлшек

   Егер бөлшектің кедергісі, ондағы токтың кез-келген мәнінде және оған түсірілген кернеудің  кез-келген   мәнінде тұрақты болса, онда ВАС: U=J*R-тузу сызық және мұндай бөлшек сызықтық бөлшек деп аталады.                                   

   Жалпы  жағдайға кедергі токқа да  және кернеуге де тәуелді. Бұның  себебінің бірі өткізгіштің бойымен  ток жүргенде, оның қызуы салдарынан  өткігіш кедергісінің өзгеруі.

   Температура өскендегі өткізгіштің кедергісі:

                              (1)

мұндағы:    R0 –  қоршаған ортаның температурасындағы кедергі.

                  -  температуралық коэффициент

                  Т -  өткізгіштің температурасы 

                  Т0 -  қоршаған ортаның температурасы (Т0 =20 С)

   Бірақ  көп жағдайда бұл бөлшек тәуелсіз  болғандықтан  бөлшекті сызықтық деп санайды .

   Электр тізбегі  учаскелерінің  электр кедергілері тізбектегі  ток және кернеу мәні мен  бағытына тәуелсіз болса, олар сызықтық электр тізбегі деп аталады.

   Егер  бөлшектің кедергісі ток және  кернеуге тәуелді болса, онда  вольт-амперлік сипаттамасы (ВАС)  сызықтық сипаттамалы болады (4 б - сурет) , және бұл бөлшек сызықтық емес бөлшек деп аталады.

   Электр  тізбегі бір ғана учаскенің  ток және кернеу бағытымен  және мәніне тәуелді болса, онда  бұл тізбек сызықтық емес электр тізбегі деп аталады. Сызықтық емес тізбектің бір ғана болса да сызықтық емес бөлшегі болады.

   Қандай  да бір әртүрлі бөлшектер саны  болса да, электр тізбегін анықтау  және есептеу үшін, осы тізбекті  графикалық түрде көрсетуге ыңғайлы. Шартты белгілері арқылы бөлшектер  қосылыстарын анықтайтын графикалық  кескін электр тізбегінің схемасы деп аталады.

   Қарапайым  электр тізбегі ЭҚК көзімен  Е және резистор кедергісінен R тұрады (5-сурет).

                                                 +

                                                    E                 U                     UR          R

        

       -  

 

                                            5-сурет. Қарапайым электр тізбегі схемасы. 

 

 

 

3. Электр тізбегі теориясы және  топологиялық түсініктер.

   Электр тізбектерінің басты топологиялық түсініктері: тармақ, түйін, контур, екі полюстілік, төрт полюстілік және электр тізбектірінің графикалық схемасы болып табылады.

   Тармақ  дегеніміз – электр тізбегінің тек қана бір ток жүретін участогі.

   Тармақ  активті және пассивті элементтерден, сондай-ақ бірнеше элементтерден  тұруы мүмкін.

   Түйін дегеніміз- 3 немесе одан да көп тармақтардың қосылған жері.

   Контур дегеніміз – бірнеше тармақтар мен түйіндерді жалғайтын тұйықталған жол.

   Екі полюстілік дегеніміз –  екі полюстен тұратын электр тізбегінің бір бөлігі (6-сурет).

   Төрт полюстік деп – екі пар полюстен тұратын электр тізбегінің бөлігі, бұл кіріс және шығыс полюстары (7-сурет).

 

                                    6-сурет                                             7-сурет

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Кирхгоф заңдарын қолдану.

   Электр  тізбектіріне анализ жасау және  есептен шығарудағы ең басты  қолданылатын заңдар Кирхгофтың 1-ші және 2-ші заңдары болып  табылады.

    Кирхгофтың 1 заңы – зарядтың сақталу заңына байланысты, бір белгі бойынша кез-келген түйінде заряд не көбеймейді, не азаймайды. Кирхгофтың 1 заңы бойынша түйінге келетін токтардың алгебралық жиынтығы (суммасы) 0-ге  тең.

∑I =0                   (2)

   Яғни түйінге келетін токтардың жиынтығы түйіннен шығатын токтардың жиынтығына тең. Сондықтан түйіннен шығатын токтың бағытын (+) деп, ал түйінге келетін токтың бағытын (-) деп аламыз.

   Электротехникада  кез-келген тізбектегі екі нүкте  арасындағы потенциалдар айырмасын-электр кернеуі деп атау келісілген. Сондықтан Кирхгофтың 2-ші заңы бойынша, тұйық контурдың барлық учаскесіндегі кернеудің алгебралық жиынтығы 0 тең болады.

                                                               (3)

   ЭҚК  көзінің схемасы бойынша Кирхгофтың 2 заңын былай тұжырымдауға болады: кез-келген тұйықталған электр тізбегінде барлық ЭҚК-тердең алгебралық қосындысы (жиынтығы) осы тізбекке тізбектеп қосылған кедергілерге түскен кернеулер қосындысына тең, яғни.

                                                   ∑RI = ∑E          (4)

   Кез-келген  электр тізбектерінде анализ  жасау және есептеп шығаруды  Кирхгофтың 1-ші және 2-ші заңдарын  қолдану  негізінде жүргізуге  болады.

Егер барлық бөлшектердің кедергілері және ЭҚК-тері белгілі болса, тізбек тармақтарындағы токтарды анықтау үшін, Кирхгоф заңдарын қолдануды қарастырамыз.(8-сурет). 

 

                   R1  →  I1 1                 R4   →  I4     2

                                           I2                  I5

                             R2              II

                   I

  E1                                                                                      E3