Зертхан жумыстар Электр (1). 5 Зертханалы жмыстарды орындауа арналан дістемелік нсаулар 1 Зертханалы жмыс Электротехника
 Скачать 1.44 Mb.
|
|
Айнымалы кернеудің негізгі параметрлері Айнымалы кернеу синусоидалық түрде болады (сур. 5.1). Кернеудің синусоидалық түрде болуы электр техникалық есептеулер үшін қолайлы және электр қондырғыларының жұмысы үшін тиімді екені анықталды.   Сурет 5.1. Кернеудің лездік мәндерінің графиктері Синусоидалық кернеудің негізгі параметрлері келесідей: U1m, U2m –амплитудалық (максимальды) мәндер; φ1 , φ2 – бастапқы фазалар, φ1 – оң фаза, φ2 – теріс фаза; Т – радиан немесе секунтық период;  - жиілік, Гц; - бұрыштық жиілік, рад/сек.Синусоидалы шамалардың келесі мәндерін айырады: Um, Ιm, Еm – амплитудалық мәндер; U, Ι, Е – әсерлік мәндер; u, i, e – лездік мәндер. Әсерлік мән есептеу шамасы болып табылады. Барлық құралдар (вольтметр, амперметрлер және т.б.) әсерлік мәндер көрсетеді. Математикалық әсерлік мәндерді былай анықтайды:  яғни  ,  ,  . (5.1)Лездік мән – бұл уақыттың белгілі бір момент функциясының мәні. Мысалы, t=0 е(0), i(0), u(0) – осы уақыттағы шама мәні. Айнымалы кернеу тізбегіндегі электр процесстерінің ерекшеліктері Жол басшыдағы электр тоғы магнитті және электрлі өрістермен байланысты болады. Өзгеріліп отыратын магниттік өріс ЭҚК соқтырады, электр өрісінің өзгеруі жол басшыдағы зарядтардың өзгеруімен қатар жүреді. Сонымен қатар электромагнитті энергияның бір бөлігі жылуға айналып, бір бөлігі тарап кетеді. Реалды электр тізбегінде жоғарыда айтылған құбылыстар байланыспаған бөлікті көрсету мүмкін емес. Сондықтан, процесстерді қарастыруды жеңілдету үшін электр тізбектерін идеалды тізбекпен немесе идеалды элементтерден тұратын есептеу схемасымен алмастырады. Электр энергиясы басқа энергия түріне ауысатын элементтер активті кедергі r немесе өткізгіштік g деп аталады. Тек қана магнитті өріспен байланысқан элементтер индуктивтілік L және өзара индуктивтілік М деп аталады. Тек қана электр өрісін сипаттайтын элементтер сыйымдылық С деп аталады. Идеалды тізбектің элементтерін қосатын сымдар не R, не L, не С ие емес деп есептеледі. Синусоидалы тоқтың тізбегіндегі резистор Тізбектегі тоқ өзгереді  . Сонда орын басу схемасы үшін (сур. 5.2) кернеу мен қуат өзгерулерінің заңдарын шығарамыз. Сурет 5.2 Синусоидалы кернеуі бар тізбектің резисторы Лездік мәндер үшін Ом заңы:  ,мұндағы  - амплитудалық мәндер үшін Ом заңы, немесе  ,  - әсерлік мәндер үшін Ом заңы.Комплекстік түрдегі Ом заңы келесі түрге ие болады:  .Тізбек қуаты:  , (5.2)мұндағы  - орташа қуат.Лездік қуаттың р тұрақты құрауышы  және 2ω жиілігі бар айнымалысы  болады (сур. 5.3). Тұрақты құраушысы толығымен жылулық энергияға ауысады.Тек резисторы бар тізбектің векторлық диаграммасы (сур. 5.4).   Сурет 5.3 Тоқ, кернеу және қуаттың лездік мәндерінің графигі  Сурет 5.4 Тізбектің векторлық диаграммасы  )Синусоидалы тоқ тізбегінің идеалды катушкасы (индуктивтілік).Тоқ нөлдік бастапқы фазамен өзгерсін. Идеалды катушка үшін оның резистивті кедергісі R=0. Сондықтан сыртқы кернеу тек ЭҚК өздік индукциясы көмегімен теңеледі:  ,  .Сәйкесінше  , яғни, кернеу фазаны 90º озады (сур.5.5).  Сурет 5.5 Айнымалы тоқ тізбегіндегі индуктивтілік Мұнда  - амплитудалық мәндер үшін Ом заңы; - индуктивті кедергі.Тоқ, кернеу және қуат графиктері 5.6 суретінде, ал тізбектің векторлық диаграммасы 5.7 суретінде көрсетілген.  Сурет 5.6 Тоқ, кернеу және қуат графиктері  Сурет 5.7 Векторлық диаграмма Комплекстік түрдегі Ом заңы келесі түрде болады:  немесе .Тізбек қуаты:  .Қуаттың орташа мәні нөлге тең, яғни индуктивтілік қуатты тұтынбайды. Периодтың бір бөлігінде өзінің магниттік өрісінде сақтап, екінші бөлігінде сол энергия қайтады (сур.5.8).  ) Айнымалы тоқ тізбегіндегі конденсатор.Конденсатор кернеуге нөлдік бастапқы фазамен жалғасқан  .  Сурет 5.8 Айнымалы тоқ тізбегіндегі конденсатор Конденсатор тоғы  ,мұндағы q=СU – конденсатор айналасындағы заряд. Сонда кернеу:  ,яғни, тоқ фаза бойынша кернеуді 90° озады, ал сыйымдылық кернеуі тоқтан 90º артта қалады (сур.5.9). Тізбектің векторлық диаграммасы 5.10 суретінде көрсетілген.  Сурет 5.9 Тоқ, кернеу және қуаттың лездік мәндерінің графиктері  Сурет 5.10 Векторлық диаграмма Соңғы формуладағы шама  - сыйымдылық кедергісі, Ом.Комплекстік түрдегі Ом заңы:  . (5.3)Тізбектің қуаты:  .Сыйымдылық та активті қуатты тұтынбайды. Жұмыстың мазмұны 1. Резистор арқылы өтетін тоқты тәжірибе жүзінде анықтау. Қуатты есептеп, тоқ пен кернеудің векторлық диаграммасын құру. 2. Конденсатор арқылы өтетін тоқты тәжірибе жүзінде анықтау. Қуатты есептеп, тоқ пен кернеудің векторлық диаграммасын құру. 3. Индуктивті катушка арқылы өтетін тоқты, қуатты тәжірибелік түрде есептеп, кернеу мен тоқтың векторлық диаграммасын құру. Жұмысты орындауға нұсқау Резистор, конденсатор және индуктивті катушка параметрлерін тәжірибелік анықтау тоқ пен кернеудің әсерлік мәндерін өлшеумен негізделген. Айнымалы кернеудің мәндерін 100…1000 В шегінде алу ұсынылады, жиілік 50 Гц. Схема 5.11 суретінде келтірілген.  Сурет 5.11 Резистор, конденсатор және индуктивтілік катушка параметрлерін тәжірибелік анықтаудың схемасы Резистормен тәжірибеде тоқты өлшеп, нәтижесін 5.1 кестесіне енгіземіз. Кедергі мәні өз бетінше алынады. Кесте 5.1 – Резистор параметрлерін тәжірибелік анықтау
Тізбекте резисторды конденсаторға ауыстырып, мәнін 20…100 мкФ аралығында қоямыз. Нәтижесін 5.2 кестесіне енгіземіз. Кесте 5.2 – Конденсатор параметрлерін анықтау
Тізбекте конденсаторды индуктивті катушкамен алмастырғаннан кейін параметр мәндерін 5.3 кестесіне енгіземіз. Кесте 5.3 – Индуктивтілік катушкасының параметрлерін анықтау
EWB программасында жұмыстың барысы: 1) Sources пиктограмма қатарынан айнымалы кернеу көзін таңдаймыз  . Тышқанның сол жақ кнопкасын басу арқылы EWB жұмыс терезесіне алып шығарамыз. 2) Тышқанның сол жақ кнопкасын екі рет басып кернеу (Voltage) 220В және жиілік (Frequency) 50 Гц (сур. 5.12) орнатамыз.  Сурет 5.12 Еlectronics Workbench программасында айнымалы кернеу үшін параметрлерді орнату 3) Пиктограмма қатарынан резистор  , конденсатор , катушка таңдап алып, жұмыс терезесіне алып шығамыз.4) Элементтерді өзара жалғап, номиналдарын қойып шығамыз. Резистор, конденсатор және индуктивтілік катушка параметрлерін анықтаудың виртуальдік модельдері 5.13, 5.14 және 5.15 суреттерінде келтірілген. Тапсырма 1. Резистормен тәжірибе  Сурет 5.13 Резистордың параметрлерін анықтаудың электр схемасының виртуальдік моделі Тапсырма 2. Конденсатормен тәжірибе  Сурет 5.14 Резистордың параметрлерін анықтаудың электр схемасының виртуальдік моделі Тапсырма 3. Индуктивтілік катушкамен тәжірибе  Сурет 5.15 Индуктивтілік катушка параметрлерін анықтаудың электр схемасының виртуальдік моделі Барлық үш схема үшін тоқ пен кернеудің векторлық диаграммаларын құру. Бақылау сұрақтары Синусоидалық тоқ қандай параметрлермен сипатталады? Кернеу мен тоқтың әсерлік мәніне анықтама беріңдер. Айнымалы тоқтың элементтерін ата? Идеалды элементтің реалды элементтен айырмашылығы? Сыйымдылық және индуктивтілік кедергінің физикалық мағынасы? Идеалды элементтредің активті қуаты неліктен нөлге тең? Синусоидалы тоқтың электр схемаларын есептеу үшін комплекстік сандарды қандай мақсатпен және қалай қолданады? Тоқтың әсерлік мәні тоқтың комплекстік әсерлік мәнінен қалай ерекшеленеді? Синусоидалы тоқтың тізбегін талдаған кезде векторлық диаграмманы қандай мақсатпен және қалай қолданады? Тоқ пен кернеудің әсерлік және комплекстік әсерлік мәндеріне резистор (индуктивтілік, сыйымдылық) бар тізбек үшін Ом заңын жаз. Ом заңының екі түрінің арасында қандай айырмашылық бар? Ұсынылған әдебиеттер Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Москва, Гардарики, 2000. Сборник задач по ТОЭ Под. ред. Л. А. Бессонова. Москва Методические указания к выполнению лабораторных работ. Электрические цепи синусоидального тока. Жаутиков Б.А., Карманов С-К.Г., Айкеева А.А., КарГТУ 2003. СӨЖ үшін бақылау тапсырмалар Жүктемелері параллель жалғанғантізбек үшін Кирхгоф заңдарының қолданылуын оқу. R, L, C жүктемелерінің параллель жалғану схемасын оқу. Зертханалық жұмыс № 6 R, L, C элементтерін тізбектеп қосу (2 сағат) Жұмыстың мақсаты: R, L, C элементтері тізбектеп қосылған тізбекке талдау жасау, кернеу резонансын зерттеу, векторлық диаграмманы құруды үйрену. Жалпы мәліметтер Синусоидалы тоқ тізбегін талдаудың негізгі тапсырмасы болып берілген кернеу мен тізбек элементтерінің параметрлері арқылы тоқты есептеу табылады. R, L және C элементтері тізбектеп жалғанған тізбек кернеумен (сур. 6.1)  қоректендірілген. Тұйықталған тізбекте синусоидалы тоқ өтеді i. Сурет 6.1 R, L, C элементтерінің тізбектей қосылуы Кирхгофтың екінші заңы бойынша электр тізбегіне теңдеу жазамыз: U=Ur+UL+UC , мұндағы   Сонда  . (6.1)(6.1) теңдеуі сызықты болып табылады және U=0 болғанда оның жалпы интегралы берілген теңдеудің суммасына тең болады. Сонда шешудің түрі былай өзгереді:  Тапсырма бойынша Im және φ табу керек (мұндағы φ=φu-φi). Есеп векторлық диаграмма көмегімен оңай шешіледі (сур. 6.2), онда синусоидалы функцияларды комплекстік сандар арқылы көрсетеді.  Сурет 6.2 Векторлық диаграмма Векторлық диаграмма келесі жолмен құрылады: Тоқтың I векторының бағытын өз бетінше қоямыз. Содан кейін тоқтың векторының бағытын, фазалық ығысуын ескере отырып, әр элементте схемаға қатысты кернеу векторларын жатқызамыз.  векторы бағыт бойынша тоқ векторымен сәйкес.  векторы тоқ векторын фаза бойынша π/2 озады, ал вектор | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||