1.1 Маъруза матни-1. 1 Маъруза Мавзу
 Скачать 3 Mb.
|
|
1 –Маъруза Мавзу. Электротехника фани унинг предмети ва структураси. Асосий электрик ва энергетик тушунчалар. Мамлакатимиз ва жахон электроэнергетикаси хақида маълумотлар Режа 1. Электротехника фани унинг предмети ва структураси. 2. Асосий электрик ва энергетик тушунчалар. 3. Мамлакатимиз электроэнергетикаси хақида маълумотлар. 4. Жахон электроэнергетикаси ва глобал муаммолар. Кириш Инсонлар қадим замонлардан буён электр ходисаларини амалда кўриб, уни ўрганиб, хатто ундан фойдаланиб келган, лекин то 19-асрнинг ўрталаригача электр ва магнит майдонлари алохида ўрганиб келинган ва алохида ходисалар деб қаралган. 1820 йилда Эрстед электр токининг магнит стрелкасига тасирини ўргангандан сўнг электр ва магнит майдонлари ягона физик ходисанинг икки томони эканлиги исботланди ва электр сохасида амалий ишлар авж олиб кетди. 1831 йилда Фарадей электромагнитик индукция ходисасини кашф этди. Шу даврдан бошлаб электротехника тараққиётида янги, тезкор суратлар билан ривожланиш босқичи бошланди. Фарадейнинг электромагнитик индукция қонуни асосида Максвелл ўзининг машхур электромагнитик майдон назариясини яратди, Герц электромагнитик тўлқинларни амалда ўрганишга асос солди. Ана шу тариқа 19-асрда саноат электротехникаси пайдо бўла бошлади. Электр энергиясидан энг аввал ёритиш (ёйли лампалар) ва телеграфда фойдаланилди, сўнгра чўғланма толали лампалар, электр генераторлари, двигателлари пайдо бўлди. Шу даврдан бошлаб электр энергияси жамият хаётига чуқур кириб борди ва электр таъминоти хаётий эхтиёжга айланди. 19 - асрнинг 80- йилларида ўзгарувчан ток генераторининг, айниқса машхур рус инженери М. О. Доливо-Добровольский томонидан уч фазали ток ишлаб чиқаришнинг ихтиро қилиниши электротехника тараққиёти ва унинг жамият хаётига кириб боришида яна бир янги босқични бошлаб берди. Шундан сўнг барча давларларда интенсив равишда электрлаштириш ишлари авж олиб кетди. Электростанциялар қурилиши, унинг қувватини ошириш жадал ривожланиб борди. Агар 19-асрнинг охирида энг катта иссиқлик электростанцияларининг қуввати 50 МВт бўлган бўлса, 20-асрнинг 40-йилларида уларнинг қуввати 250 МВт гача етди, 60-йилларда эса 600 МВт гача ортди, хозирги кунда эса ўнлаб ГВт ни ташкил қилади. Электростанцияларнинг қуввати уларда ўрнатилган якка генераторлар қуввати билан аниқланади, агар 20-асрнинг бошларидаги дастлабки гидрогенераторларнинг (гидроэлектр станциялари учун мўлжалланган генераторлар) қуввати 2 МВт бўлган бўлса, хозирги кунда энергетика тизимларида 800 МВт ва ундан ортиқ қувватли гидрогенераторлар, 1200МВт қувватли турбогенераторлар (иссиқлик электр станциялари учун мўлжалланган генератор) ишлаб турибди. Мамлакатни электр энергияси билан таминлаш хамма замонларда ва хамма давлатларда хам энг долзарб масала хисобланган. Бугунги кунда, сир эмаски, саноат тараққиёти ва ахолининг турмуш даражаси электроэнергетика тараққиёти билан боғлиқ. Шундай қилиб, электротехниканинг тарақиёт босқичларига назар солсак, унинг ривожланиши хаётий эхтиёжлардан келиб чиқишини кўрамиз. Айниқса, бугунги, техниканинг интенсив тараққиёти даврида жамият тараққиёти ва хаётий эхтиёжлар электроэнергерика олдига янги талаблар қўймоқда. Булар электр энергиясига бўлган эхтиёжнинг тинимсиз ортиши, электр энергия таъминотининг сифат даражасига бўлган талаблар (узлуксизлиги, кучланишнинг меърда бўлиши), унинг нархи, экологик ва хавфсизлик ва хоказо бошқа талаблардир. 1. Электротехника фани унинг предмети ва структураси. Электротехника электр энергиясидан фойдаланиб ишловчи қурилма ва механизмларни ишлашини, хамда электр энергиясини ишлаб чиқариш ва уни узатиш билан боғлиқ муаммоларини ўрганувчи техникикавий фандир. Электротехника фани бевосита физиканинг электр ва магнетизм бўлимларида ўрганилган қонуниятларга аслосланади. Бундан ташқари электротехника фани тегишли математик аппарат ва кимёвий тушунчаларга хам асосланади. Электртохника фани қуйидаги асосий бўлимларга бўлиб ўрганилади: 1-ўзгармас ток электр занжирлари; 2-бир фазали ўзгарувчан ток занжирлари; 3-уч фазали ўзгарувчан ток занжирлари; 4 -электр машиналари; 5-электр юритма асослари; 6 -электроника асослари. Ушбу бўлимлар физика ва математика фанлари билан узвий боғлиқликда ўрганилади. Қуйидаги схемада электротехниканинг мухандислик тизимларидаги асосий қулланилиш сохалари ва уларнинг физикавий, математик асослари келтирилган.  Физик асослар электромагнетизм Қаттиқ жисм физикаси Оптика   Энергетик тизимлар Электр жихозлари Аналогли электроникаа Рақамли электроникаа Алоқа тизимлари Ўлчов қурилмалари Электротехниканинг мухандислик тармоқлари бўйича тадбиқи Компьютерлар Назорат тизимлари   Математик асослар Network theory Logik theory System theoty Электротехника фани ва унинг предмети бевосита кундалик турмушимизда биз фойдаланаётган электр токи ва электр қурилмалари билан боғлиқ. Шу жихатдан олиб қараганда электротехника фани кўпроқ амалий ахамиятга эга ва унинг асосий қонуниятларини ўрганиш кундалик турмушимиз учун жуда зарур. Фанни ўрганишда физиканинг электр ва мегнетизм бўлимларига тегишли қонуниятлар фундаментал асос бўлиб хизмат қилади. Барча электротехник тушунчалар ва қонуниятлар ана шу фундаментал тушунчаларнинг амалий ифодаси сифатида намоён бўлади. Шунинг учун хам электротехника фанини ўрганишда физиканинг асосий қонуниятлари мухим ва хал қилувчи ўрин тутади. Электротехника фани умумтехникавий фан сифатида барча техник олий ўқув юртларида ўқитилади. Электротехника соҳасидаги билимлар муҳандислик билимларининг асосларидан бирини ташкил қилади. Чунки бугунги кунда электр энергиясисиз техник тараққиётни ва жамият хаётини тасаввур этиш қийин. Замонавий техника ва технологиялар, автоматлаштирилган ишлаб чиқариш жараёнлари - бу маълум бир тизимга солинган электротехник ва электрон қурилмаларнинг мажмуасидир. Замонавий мухандис эса ана шу технологик тизимларнинг тузилишини, уларнинг ташкилий қисмларини ва саноатда кенг ишлатилувчи асосий стандарт қурилмаларни билиши зарур. Бу билимларсиз ишлаб чиқаришни ташкил қилиш, уни бошқариш, ривожлантириш, замон талаблари асосида такомиллаштириш, техник ва иқтисодий рақобатбардошликка эришиш мумкин эмас. Электротехника электроника ва электр юритмалар фанининг вазифаси талабада юқорида келтирилган тизимларнинг асослари хақидаги билимларини шаклланишига асос солишдир. Натижада, бўлғуси муҳандиснинг техник соҳада мустақил ижодий изланишини таминлашга замин яратилади. 2. Асосий электрик ва энергетик тушунчалар 2.1. Асосий фундаментал катталиклар. Техникавий фанларда физикавий катталиклар асосий ва хосилавий катталикларга бўлинади. Фундаментал физик катталикларнинг ўлчовлари халқаро бирликлар системаси (СИ) томонидан меъёрлаштирилиб қабул қилинган. Бу катталикларга қуйидагилар киради: Масофа - м(метр); Масса - кг ( килограмм) Вақт - с(секунд) Ток кучи - А(Ампер) Температура - К(Келвин) Ёруғлик кучи - Кд (Кандела) Қолган барча физикавий катталиклар шуларнинг хосилавий бирликлари сифатида келтириб чиқарилади. Фундаментал катталикларнинг эталонлари мавжуд бўлиб улар халқаро бирликлар ташкилоти ( СИҒ томонидан назорат қилиниб турилади. Катталикларнинг ўнли даражалари. Хисоб китоблар бажаришда кўпинча ўта кичик, ёки ўта катта сонлар билан ишлашга тўғри келади. Бундай холларда ҳисобни арифметик жиҳатдан содалаштириш мақсадида сонлар ўн сонининг даражалари (10n) сифатида ифодаланади. Бунда n даража кўрсаткичи - манфий ёки мусбат сон. Масалан: 0, 0000023 = 2,3 10-6 ёки 146300000 = 14,63 107 ва хоказо. Мусбат ва манфий даражаларнинг қабул қилинган халқаро номланишлари мавжуд: 10 -18 - а (атто); 10 -15 - ф (фемто); 10 -12 - р (пико); 1012 - Т (тера) 10 -9 - n (нано); 10 9 - Г ( Гига) 10-6 - µ( микро); 106 - М ( Мего) 10 -3 - м (милли). 10 3 - к (кило). 2.2. Асосий электрик катталиклар Зарраларнинг массалари ва зарядлари
Заряд миқдори. Электр токи зарядланган зарраларнинг тартибли харакатидан хосил бўлади. Бу зарядланган зарраларни металларда асосан электрон ташкил қилади. Электронни алохида зарра сифатида биринчи бўлиб 1897 йилда инглиз физиги Дж. Томсон кашф этган. 1919 йилда Э. Резерфорд протонни, 1932 йилда эса Дж. Чэдвик нейтронни кашф этди. Ушбу зарралар атомни ташкил этувчи алохида элементар зарралар бўлиб уларнинг аниқ масса ва заярдляри (нейтрон зарядсиз) мавжуд. Ядрода протон ва нейтрон нуклонларни ташкил қилади, электронлар эса бу ядро атрофида айланади (атомнинг Нильс Бор таклиф этган планетар модели).  Зарралар масса ва зарядидан ташқари яна спин деб аталувчи катталиги билан ҳам характерланади. Физика бўлимида ўтилган асосий электрик катталикларни, уларнинг бирликлари ва формуласини такрорлаб ўтамиз: Асосий катталиклар
2.2. Энергия тушунчаси. Физикада энергиянинг турли кўринишлари ўрганилади. Масалан механик энергия (кинетик ва потенциал энергиядан иборат), ёруғлик энергияси, кимёвий энергия, атом энергияси ва хоказо. Энергия доимо бир турдан иккинчи турга айланиб туради.Бу айланиш табиатда содир бўлиши ёки уни биз амалга оширишимиз мумкин. Масалан Қуёшнинг нурланиш энергияси денгиз ва океанлар сиртини қиздириб сувни буғлантиради, бу буғлар шамолда материклар бўйлаб харакатланиб совиши натижасида тоғларга қор бўлиб ёғади. Қуёш нурида қор эрийди ва бу сувларнинг оғирлик кучи тасирида пастга қараб харакатланишидан дарё сувлари хосил бўлади. Бу сувлар йўлига электростанциялар қуриб сувнинг потенциал энергиясини электр энергиясига айлантирамиз. Бу электр энергияси ёруғлик, механик, иссиқлик энергиялари кўринишида ишлатилади. Кўриниб турибдики энергия доимо бир турдан иккинчи турга айланиб туради ва хаётни таъминлайди. Энергия абсолют мавжуд катталик бўлиб у табиатдаги харакатнинг манбаидир. Энергия абадий мавжуд. У сақланиш қонунига эга. Энергиянинг пайдо бўлиши “Буюк портлашг”га бориб тақалади. Замонавй фан тасаввурларига кўра олам бундан 14 миллиард йил олдин буюк портлаш натижасида пайдо бўлган. Буюк портлашнинг схематик тасвири 1- расмда келтирилган.  Буюк портлаш Дастлабки секундлар Бир неча минут 300 000 йил Миллиард йил 14 миллиард йилдан сўнг   1- расм. Буюк портлаш, коинот ва энергиянинг пайдо бўлиши. Буюк портлашдан олдин барча мавжуд коинот ва галактикалар атомдан хам кичик ўта кичик хажм ичида, ўта зичлашган холда жойлашган ва гигант қисилиш натижасида портлаган. Албатта буни тасаввурга сиғдириш қийин. Портлашдан сўнг коинот кенгайб борган ва аста секин дастлаб элементар зарралар, сўнг атомлар, молекулалар, жисмлар, энг сўнггида биологик ҳаёт шаклланган. Коинотнинг кенгайиши ҳозир хам давом этмоқда. Ҳозирги замон фани хулосаларига кўра бизнинг галактикамиз (сомон йўли галактикаси) ва Қуёш системаси бир неча миллиард йил аввал пайдо бўлган. Қуёш ўзидан доимий равишда энергия нурлантириб туради. Бу энергиянинг манбаи Қуёшда содир бўлаётган термоядро реакцияларидир. Қуёшнинг нурланиши Ерда хаётни шакллантирган. Қуёшдан Ерга жудда катта миқдорда энергия етиб келади. Агар Қуёш энергиясининг Ер юзасига тушган барча қисмидан фойдалана олсак, 30 минут давомида Ерга тушган энергия Ер шарининг бир йиллик эхтиёжини қоплаган бўлар эди. Энергиянинг ўлчов бирлиги сифатида электротехникада кўпроқ Киолватт соат (кВт соат) тушунчаси ишлатилади. Масалан электр хисоблагичлар худди шу кВт соат ни кўрсатади ва биз бугунги кунда 1 кВт соат электр энергияси учун 190 сўм пул тўлаймиз. Электр хисоблагич Физикадан маълумки энергиянинг ўлчов бирлиги Жоул (Ж). 1Жоул энергия 1 Вт қувватли системанинг 1с да бажарган ишидир 1 Ж = 1Вт • 1 с. Демак 1кВт•соат энергияни Жоулда ифодаласак 1000 Вт • 3600 с = 3, 6 МЖ. Энди хисоблаб кўрамиз, демак биз 1 кВт соат электр энергияси учун 190 сўм тўласак, у ҳолда тахминан 19 кЖ энергия 1 сўм бўлади. Хўш, бу энергия кўпми ёки камми, биз унинг кўламини тасаввур эта оламизми? Буни оддий чой қайнатиш мисолида кўрайлик.  .  Қуввати 2 кВт бўлган оддий электр чойнагида 1 л сув 6 минутда қайнайди (тажрибадан). Чойнакни электр тармоғидан олган энергияси Е = P • t = 2 кВт • 6/60 соат = 0,2 кВт соат = 720 000 Ж = 720 кЖ. Шу энергия учун биз 38 сўм пул тўлаймиз (0,2 кВтсоат • 190 сўм = 38 сўм). Демак бир чойнак сувни қайнатиш тахминан 40 сўм экан, бугунги кунда 40 сўмга яна нима олиш мумкинлигини ўйлаб кўрсангиз, электр энергияси қанчалик арзонлигига ишонч ҳосил қиласиз. 1 кВт соат электр энергияси қанча ёнилғининг энергиясини беради? Бунинг учун ёнилғи ва қаттиқ жисмларнинг ёниш энергияси эслаймиз. 1- жадвалда асосий ёқилғиларнинг солиштирма ёниш иссиқлиги берилган 1-жадвал
Масалан 1кВт соат электр энергияси 1000 Вт 3600 с = 3,6 МЖ бўлади, бу эса m = 3,6 МЖ / 50 = 0,072 кг метан газининг ёнишидан хосил бўлган энергияга тенг. Юқоридаги мисолда 1 л сувни қайнатиш учун 720 кЖ энергия сарфланди. Агар шу энергияни ўтиннинг ёнишидан олсак, ва ўчоқда ўтин ёқиб чой қайнатишнинг ф.и.к. ни 25 % деб қарасак (амалда бундан хам кам бўлади) чой қайнатиш учун қанча ўтин кераклигини топиш мумкин: m = 720 кЖ / 0,25 х 9500( кЖ/кг) = 0,3 кг. 3. Мамлакатимиз электроэнергетикаси хақида маълумотлар. Тарихга назар ташласак Ўзбекистонда дастлабки электростанция Бўзсув электростанцияси бўлиб у 1926- йилда ишга туширилган. Кейинги даврларда Чирчиқ-Бўзсув, Шахрихон, Наманган, Фарход, Човоқ гидроэлектр станциялари, Фарғона, Қувасой, Тошкент, Ангрен, Охангарон, Навоий, Тахиатош иссиклик электростанциялари қурилди ва бугунги кунда мамлакатни электр энгергияси билан таминлаб турибди. Шуни алохида таъкидлаш керакки мамлакатимиз худудида каттта тоғ дарёлари йўқ, мавжуд кичик тоғ дарёларида эса катта қувватли электростанциялар қуриш имконияти чекланган. Собиқ шўролар даврида мамлакатимиз худудида электроэнергетика сохаси нисбатан актив ривожланган бўлсада, лекин у ўша пайтдаги мамлакат ўртача кўрсаткичидан анча паст бўлган. Ўша пайтда режалаштирилиб қурилган катта қувватли электростанциялар Урта-Осиё региони нуқтаи назаридан қурилган ва бугунги кунда улар қўшни Тожикистон ва Қирғизистон давлатлари худудида жойлашган. Мамлакатимиздаги саноатнинг тезкор суратлар билан ўсиб бориши, ахоли турмуш даражасининг юксалиши натижасида электр таъминотига бўлган талабининг тинимсиз ортиши мамлакатимизда электр энергияси ишлаб чиқаришни тинимсиз орттириб боришни тақозо этади. Айниқса Тошкент вилояти ва Фарғона водийси вилоятлари электр энергиясига бўлган талаб кескин ортиб бормоқда. Сўнгги йилларда мамлакатимиз электроэнергетика сохасидаги юзага келган холат, хамда минтақадаги вазият хисобга олинган холда давлатимиз рахбарияти томонидан ушбу сохани ривожлантиришнинг қатъий чоралари кўрилмоқда. Жумладан мавжуд иссиқлик электр станцияларининг қуввати замонавий технологияларни қуллаш хисога орттирилмоқда ва янги қувватлар ишга туширилмоқда. Мамлакатимизнинг бугунги кундаги электроэнергетик кўрсаткичлари қуйидагича: Электростанцияларнинг умумий қуввати - 12.3 млн кВт; Ишлаб чиқарилган йиллик электр энергия - 48 млрд Квт соат; Катта қувватли электростанцияларнинг сони - 39 та. Экспорт 11.5 Млрд КВт соат. Импорт 11,4 Млрд КВт соат Республикада ишлаб чиқариладиган электр энергиянинг 85 % қисми иссиқлик электр станциялари хисобига тўғри келади. Республикмизанинг энг катта электростанциялари Иссиқлик электр станциялар: Сирдарё - 3 ГВт, Янги Ангрен - 2,1 ГВт, Тошкент – 1,86 ГВт, Навоий 1,25 ГВт, Толимаржон – 0,8 ГВт. Гидро электр станциялар: Чорвок – 620 МВт, Фарход -500 МВт, Хожикент – 165 МВт, Газалкент 120 МВт. Ўзбекистонда ишлаб чиқарилаётган электр энергия миқдори бутун Марказий Осиёда (Ўзбекистон, Тожикистон, Қирғизистон, Туркманистон, Қозоғистон) ишлаб чиқарилаётган энергиянинг 50% ини ташкил қилади. Электр энергиянинг халқ хўжалиги тармоқлари бўйича тақсимоти: 40 % - саноатга; 30% қишлоқ хўжалигига; 20% ахолига; 10% транспортга. Жахон электр энергетикаси хақида маълумотлар 1. Ер юзидаги барча электр станцияларнинг умумий қуввати тахминан 3 000 ГВт, 2. Бир йилда Ер юзи станцияларининг ишлаб чиқарадиган электр энергияси 23 536 млрд. кВт соат 3. Электр энергияси ишлаб чиқаришнинг усули. Ер юзи хозирги кунда электр энергияси ишлаб чиқариш асосан анъанавий электроэнергетика (деярли 99 %) хиссасига тўғри келади. Анъанавий электроэнергетика манбаларига иссиқлик, атом ва гидро электр станциялар киради. Бугунги кунда бу станцияларнинг умумий энергиядаги улушлари қуйидагича: Иссиқлик электр станциялари (ИЭС) - 63 %, 1880 ГВт Гидро электр станциялар (ГЭС) - 24 % , 715 ГВт Атом электр станциялар (АЭС) -13 %, 380 ГВт Жахон миқёсида ишлаб чиқарилаётган электр энергиянинг асосий қисми йирик ва ривожланган давлатлар хиссасига тўғри келади: АҚШ-3600 млрд. кВт соат (13,5%); Япония - 930 млрд. кВт соат (4 %); Хитой - 900 млрд. кВт соат (3,9%); Россия - 845 млрд. кВт соат (3,6 %); Дунё атом электр станциялари харитаси  Жахоннинг 31 давлатида жами 435 та атом электр станциялари ишлаб турибди. Таянч сўз ва иборалар: Энергия, электроэнергетика, генератор, гидрогенератор, турбогенератор, электростанция, электр линиялари, электр узатиш, электр энергиясини ишлаб чиқариш, электр токи, магнит, магнит майдони, электрон, зарядланган зарра, ион, электр разряди, атомнинг энергетик холати, электр қуввати, буюк портлаш, галактика, коинот, энергиянинг сақланиши, нуклон, термоядро реакциялари, муқобил энергия, анъанавий энергетика, қуёш энергияси, шамол энергияси, геотермал энергия, биоэнергия, кимёвий энергия. Адабиётлар Асосий: 1. Giorgio Rizzoni “Principles and Applications of Electrical Engineering” McGraw-Hil educationр. USA Boston 2012. Chapter 1-2, p. 1-16 2. А.С. Каримов ва бошқалар “Электротехника ва электроника асослари”. Тошкент. Ўқитувчи 1995 й. 1- боб, 6-21 бетлар. 3. А.С. Каримов Электротехника ва электроника асослари. Масалалар тўплами ва лаборатория ишлари.Т. Ўқитувчи. 1989 й. 87-91 бетлар. Қўшимча: 4. Хонбобоев А.И. Халилов Н.А. “Умумий электротехника ва электроника асослари”, 2000й Т. “Узбекистон”, 128 5. Мажидов С. “Электротехника”, 2000 й, Укитувчи, 262 б. 6. Евдакимов “Умумий электротехника”, 1995й. Укитувчи, 388 б. 7. Ҳолиқов А.А. Электрон қурилмалари, аналогли ва рақамли схемотехника (ўқув қўлланма), 2002 й. 8. Волынский В.А ва бошкалар “Электротехника”, 1987й. Москва Энергоатомиздат 9. Касаткин А.С. ва Немцов М.В. “Электротехника”, 1983й. Москва Энергоатомиздат. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||