Тұрақты ток электр тізбектері және оларды есептеу

оның жұмыс тәртібі туралы түсінік қалыптастыру;
Тізбек құруға қажетті жабдықтармен

таныстыра отырып, өткізгіштердің тізбекке жалғану әдістері мен оларды есептеу жайлы мағлұмат алу;

Телекоммуникациялық жүйелердің радиотехника және радиобайланыс бойынша мамандықтары туралы ғылыми ой-өрістерін қальштастыруда маңызы бар

ток тізбектерінің негізгі заңдары
Электр тізбегінің эквивалент кедергісі мен кедергілерді қосу
Электр

тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері
Электрлік тізбектің жұмыс тәртібі

соңы

негізгі электротехникалық құралдардың жұмыс істеу принципі мен құралдары қарастырылады. Электротехникалық

құрал жұмыс істеу үшін, қажетті жұмыс режимі мен электр энергиясын қамтамасыз ететін электр тізбегі құрылуы тиіс.

Электр тізбегі деп – электр тоғына жол құрайтын, электрлік ток, ЭҚК (электр қозғаушы күш) және электрлік кернеу туралы түсіндірілген электромагниттік процесс құрайтын құралдар мен объекттердің жиынтығын атаймыз.

асыру үшін, электрлік тізбек графикалық түрде, элементтерінің шартты белгілерімен қосылу

түрлері көрсетілген, электрлік сұлба ретінде беріледі.

егер жалғау сымдардың кедергілері элементтердің кедергілерінен аса кем болса, ол

ескерілмейді. Қорек көзі, ішкі кедергісі r0 бар, ЭҚК E көзі ретінде беріледі, электр энергиясының шынайы тұтынушылары оның электрлік параметрлерімен алмастырылады: актив кедергілермен R1, R2, …, Rn. R кедергісінің көмегімен тізбектегі электрэнергияны энергияның басқа түрлеріне қайтымсыз өзгертеді, мысалы, жылу немесе жарық.

Қорек көзі ЭҚК электрлік тізбекте кернеу көзімен U алмастырылған, кернеу көзінің шартты бағыты қорек қөзі ЭҚК бағытына қарсы.

Электр тізбектерінің негізгі түсініктері мен анықтамалары

тармағы – бір ток өтетін тізбек бөлігі. Тармақ бір немесе

бірнеше тізбектей қосылған элементтерден тұрады.
Электр тізбегінің түйіні – үш немесе одан да көп тармақтардың біріккен жері. Бір жұпқа қосылған тармақтар пареллель деп аталады. R1 және R2 кедергілері параллель тармақтарда орналасқан.
Контур – бірнеше тармақтар арқылы өтетін, кез келген тұйықталған бөлік.

Электр тізбектерінің негізгі түсініктері мен анықтамалары

тауып жазу есеп шығаруда көптеген ықпалын тигізеді. Сұлбада ЭҚК, кернеулер

мен токтардың бағытын оң деп аламыз:
ЭҚК қөзі үшін – еркін алынады, бірақ сәуле бағытымен бағытталған полюс басқа полюстерге қарағанда потенциалы үлкен;
тармақтардағы токтар үшін, ЭҚК бар тізбекте ЭҚК көзімен бағыттас болу керек, қалған тармақтарда еркін белгіленеді;
кернеу үшін – тармақтағы немесе тізбек элементіндегі токтың бағытымен бағыттас болуы тиіс.

Электр тізбектерінің негізгі түсініктері мен анықтамалары

бірінші және екінші заңдарын қолданумен жүзеге асады. Осы заңдар негізінде

барлық электр тізбегіндегі және белгілі бір тізбек бөлігіндегі токтар мәні, кернеу, ЭҚК арасындағы байланыс орнайды.

Тұрақты ток тізбектерінің негізгі заңдары

ток, кернеу және кедергінің мәндері Ом заңы арқылы табылады
немесе

UR = RI
Бұл жағдайда UR = RI – кернеу деп немесе R резисторына түсетін кернеу деп атайды, ал

– R резисторындағы ток.
 
Электр тізбегін есептеуде кей кездері R кедергісімен емес, кедергіге қарсы өлшем электрлік өтімділікті пайдаланған жөн:


Бұл жағдайда тізбек бөлігі үшін Ом заңы
мына күйде жазылады:
I = Ug.

пен тізбектегі I токтың және толық тізбектің жалпы эквиваленттік кедергісі

RЭ = r0 + R арасындағы тәуелділікті анықтайды



Сонымен қатар, Кирхгофтың бірінші және екінші заңдарын қолдана отырып шығаруға болады.

ТОЛЫҚ Тізбек үшін Ом заңы

I3 = 0
B түйіні үшін
I3 = I4 + I5 немесе I3 - I4 -

I5 = 0
C түйіні үшін
I6 = I4 + I5 немесе - I6 + I4 + I5 = 0
D түйіні үшін
I1 = I2 + I6 немесе -I1 + I2 + I6 = 0

бөліктердегі кернеулердің алгебралық қосындысына тең




мұндағы n – контурдағы ЭҚК

көздерінің саны;
m – контурдағы Rк кедергісі бар элементтер саны;
Uк = RкIк – контурдың к-м элементіне түсетін кернеу.

Егер электр тізбегіне кернеу көздері қосылған болса, онда Кирхгофтың екінші заңы мына күйде құрастырылады: ЭҚК көздері мен контур элементтеріндегі барлық кернеулердің қосындысы нөлге тең



Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдік жазу барысында мыналар қажетті:
1) ЭҚК, ток және кернеулердің шартты бағытын белгілеу;
2) теңдік жазылатын контурда өту бағытын таңдау;
3) Кирхгофтың екінші заңының бір құрылымына сүйене отырып, теңдік жазу.

Кирхгофтың екінші заңы

I - I1 - I2 = 0.

(1.2 суреттегі) Сұлба үшін Кирхгофтың екінші заңына

теңдік жазамыз:
E = UR + U1.


(1.2 сурет) электрлік сұлбадағы контурға Кирхгофтың екінші заңын қолдана отырып, теңдік жазамыз:
контур I: E = RI + R1I1 + r0I,
контур II: - R1I1 + R2I2 = 0,
контур III: E = RI + R2I2 + r0I.

Кирхгофтың бірінші және екінші заңы (мысалдар)

кедергісі бар тізбек бөлігінде t уақыт аралығында I ток кезінде

электр энергиясы жұмсалады.
W = I2Rt.
Электр энергиясының өзге энегияға ауысуындағы өзгеру жылдамдығы өз алдына электрлік қуат береді.


Энергияның сақталу заңынан қорек көздерінің қуаты уақыттың кез келген мезетінде, тізбектің барлық бөлігінде жұмсалатын қуаттардың қосындысына тең.


Бұл қатынасты қуаттар балансының теңдігі деп атайды.

Тұрақты ток тізбектерінің негізгі заңдары

ампермен өлшенеді (А), кернеу – вольтпен (В), кедергі – оммен

(Ом), қуат – ваттпен (Вт), электр энергиясы – ватт-сағатпен (Вт-сағ) және өтімділік – сименспен (См)

Тұрақты ток тізбектерінің негізгі заңдары

Негізгі бірліктерден басқа, аса кіші және аса ірі өлшем бірліктері қолданылады: миллиампер (1мA = 10–3А), килоампер (1кA = 103А), милливольт (1мВ = 10–3В), киловольт (1кВ = 103В), килоом (1кОм = 103Ом), мегаом (1мОм = 106Ом), киловатт (1кВт = 103Вт), киловатт-час (1кВт-час = 103 ватт-час).

мәзір

жалғануы тиіс және де осы тізбекте элементтері қосылса, онда тізбекте

бірдей ток көзі пайда болады I.

Тізбектегі барлық U кернеуінің мәні бөлек аймақтағы кернеу мәніне тең болады, оны Кирхговтың екінші заңымен анықтау керек.

Тізбектегі элементтердің тізбектей қосылуының кемшілігі, тізбектегі элементтердің ең болмағанда біреуі жұмыс істемей қалса, тізбектегі қалған элементтердің барлығы жұмыс істемей қалады.

түрі

энергия тұтынушылар параллель қосылған деп аталады

Бұл жағдайда олар екі

түйінге қосылған а және b, Кирхгофтың бірінші заңының көмегімен тізбектегі жалпы ток I әр тармақтағы токтардың алгебралық қосындысына тең:
I = I1 + I2 + I3,
Сонымен


Кедергілері параллель қосылған электрлік тібектің кернеуі
U = IRэкв = I1R1 = I2R2 = I3R3.
Осыдан,


яғни тізбектің параллель тармақтарындағы токтың мәні оның кедергілерінің мәніне кері пропорционал.

Бір немесе бірнеше тұтынушылардың қосылуы немесе сөнуі басқалардың жұмысына әсер етпейді.

түрі

топтар бар тізбекті аралас қосылған тізбек дейді.

Эквивалентті кедергіні есептеу сұлбаның

соңынан басталады. Есептеуді жеңілдету үшін, тізбектегі барлық кедергілердің мәні тең деп аламыз: R1=R2=R3=R4=R5=R.
Онда соңғы сұлбадағы эквивалентті кедергі тең болады:

сұлбаны қысқаша былай жазуға болады

түрі

электрондық құралдарда тізбек элементтері көпірлік сұлбамен қосылады (1.12 сурет). R12,

R13, R24, R34 кедергілері көпірдің иықтарына қосылған, 1–4 диагоналіне қорек көзі ЭҚК Е қосылған, келесі 3–4 диагоналі көпірдің өлшегіш диагоналі деп аталады.

Көпірлік сұлбада R13, R12, R23 және R24, R34, R23 кедергілері «үшбұрыш» сұлбасымен қосылған. Бұл сұлбадағы эквивалентті кедергіні табу тек бір үшбұрышты өзгерткенде ғана табуға болады, мысалы R24 R34 R23 үшбұрышын R2 R3 R4 жұлдызына алмастырғанда

өзгеруіне алып келмесе. Ол үшін жұлдыздың кедергісінің мәні келесі қатынаспен

қарастырылып отыруы тиіс:



«Жұлдыз» сұлбасын ауыстыру үшін эквивалентті үшбұрышқа үшбұрыш кедергісін есептеп алу қажет:


Өзгертулер жүргізгеннен кейін көпірлік сұлба кедергісінің эквивалентті мәнін анықтауға болды

мәзір

түрі

электр энергиясының қорек көзі ішкі кедергісі r0 бар ЭҚК көзімен

алмастырылады.

Шеңбер ішіндегі бағдар ЭҚК ішіндегі потенциалдың арту бағытын көрсетеді.
Берілген тізбек үшін Кирхгофтың екінші заңы қолданылады.

E = U + Ir0 немесе E = U - Ir0.

вольт-амперлік немесе сыртқы сипаттамаларымен анықталады
(1.16 сурет). I токтың ауыртпалығы

артқандағы U кернеу көзінің азаюы оның ішкі кедергісіндегі кернеудің азаюымен түсіндіріледі.

ЭҚК идеал көзінің ішкі кедергісі r0 << Rн (r0»0). Бұл жағдайда оның вольт-амперлік сипаттамасы түзу сызық ретінде көрсетіледі (1.15 сурет),

Электр тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері

ЭҚК көзінің қысқа тұйықталуындағы ток мәніне тең, ток көзі мәні

өзгермейтін Iк тоғымен сипатталады.
Шеңбердегі бағдар ток көзінің оң бағытын көрсетеді. Берілген тізбек үшін Кирхгофтың бірінші заңының теңдігін жазамыз
Iк = I0 + I;
Бұл жағдайда I(U) ток көзінің вольт-амперлік сипаттамасы мына теңдікпен анықталады
I = Iк - I0 = Iк - U/r0

Электр тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері

I»Iк деп есептеуге
болады. Онда (I = Iк - I0 =

Iк-U/r0) өрнегінен идеал ток көзінің
I(U) вольт - амперлік сипаттамасы түзу сызықты береді, абцисса осіне I = Iк = E/r0 деңгейде параллель жүргізілген (1.19 сурет).

Электр тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері

тұтынушыларды қоректендіруге жетпей қалатын да жағдайда, бір көздің орнына бірнеше

көз қолданылады.
Қорек көздерін қосуда екі негізгі қосу әдістері бар: тізбектей және параллель.
Егер тізбектегі жұмыс тоғы бір ЭҚК көзіндегі номиналды токтан кем немесе тең болса, қажетті көлемді кернеу құру керек кезінде, қорек көздерінің тізбектей жалғануын байқаймыз (1.20 сурет).
Бұл тізбек үшін Кирхгофтың екінші заңын жазып кетуге болады
E1 + E2 + E3 = I(r01 + r02 + r03 + Rн),
Осыдан

Электр тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері

олардың жағымсыз қорытындылары болады (1.22 -

сурет). Параллель қосқанда кернеу U барлық қорытынды көздерінде электрлік тізбек үшін
1.22 - суреттегі келесі теңдеуді жазып алуға болады:
I = I1 + I2 + I3; P = P1 + P2 + + P3 = UI1 + UI2 + UI3 = UI.

Электр тізбегіндегі ЭҚК мен ток көздері

Көріп тұрғанымыздай, параллель жалғанғн ток көздері және ішкі тізбектің қуаты сәйкес токтар құнына және қуат көздеріне тең.. Әдетте параллельді жұмысқа бірдей көздері ішкі қуаттың кедергісімен ЭҚК қосады.

мәзір

параметрлерінің өзгерісінен олардың кернеулерінің көлемдері, электр тізбегіндегі ток және кернеу

осылардың мәндерінің өзгеруіне байланысты тізбектің жұмыс барысы және оның элементтері тәуелді болады. Нақты электрлік тізбек активті және пассивті екіполюстікте болуы мүмкін (1.23-сурет).

Екіполюсті деп- тізбектің сәйкес ішкі жағымен қосылатын екі а және b қорытындыларының полюстерін айтамыз. Активті екіполюстік құрамында
электрлік энергия көздері бар, ал
пассивті екіполюстіктің құрамында
ол жоқ

Араластыру схемасы пассивті екіполюсті П ішкі кедергі арқылы көрсетіледі.
Орын басу схемасы активті екіполюсті А эквиваленттік ЭҚК-нің көзі болып ұсынылады және ішкі кедергі r0э, пассивті екіполюстің кіру кедергісінің жүктемесі Rвх = Rн.

қоректену көзінен сөнеді (1.23 - сурет ). Бұл жағдайда

ток жүктеме негізінде нөлге тең болады және қатынастардың байланыстықтарына сәйкес
(U = Eэ - Ir0э) кернеу ab қыстырғыштарында ЭҚК-не тең болады және бос жол кернеуі деп аталады Uхх:

U = Uхх = Eэ.

түрі

(1.23 - сурет) тұйық, ал кедергі Rн=0. Бұл жағдайда кернеу

U аb қысқыштарында нөлге тең болады , өйткені U = IRн, , ал теңдеу (U = Eэ - Ir0э) вольт-амперлік сипаттамаға сәйкес былай жазуға болады



Токтың өзгеру шегі активті екі полюстің (эквиваленттік көз) ішкі тізбеке энергия береді ( вольт- амперлік характеристиканың учаскесі 1.24 суретте). Ток I<0 ( учаскі 2) көз ішкі тізбектен энергия алып , яғни электрлік энергия қолданушы режимінде жұмыс істейді. Ол орындалады, егер аb қысқыштарына екіполюстікке қосылулы ішкі тізбек қоректену көзімен болса. Кернеу кезінде U<0 (учаскі III) резисторлар активті екіполюстіктің энергия көздерін ішкі кедергіден және ең активті екіполюстіктен алады.

түрі

жеке элементтердің және де барлық тізбектің, техникалық құжаттарда, анықтамалық әдебиетте

немесе элементтің өзінде көрсетілген әртүрлі электрлік құрылғыларға нақты параметрлері көрсетіледі.
Бірақ, үш негізгі параметрлерде көп жағдайда көрсетіледі:
нақты кернеу Uноқ ,
нақты қуат Рном
және нақты ток Iноқ .
Активті екіполюстің жұмысы жүктеме астындағы тәртіпте нақты теңдеумен анықталады(U = Eэ - Ir0э).
Uңақ. = Eэ – Iңақ.r0э
Вольт-амперлік сипаттамада
(1.24 - сурет) бұл теңдеу з- нүктемен анықталады , параметрлері Н Uқал. және Iқал.

түрі

көзінен тұтынушыға беруді қамтамасыз етеді. Электрлік тізбектің параметрлерін анықтайық (1.23

- сурет) келісілген тәртіпті алуды қамтамасыз етеді. Жүктемені қосу кезінде Rн к активті екіполюстікте ток пайда болады (1.23 - сурет)


Сонымен бірге жүктемеге активті қуат бөлініп шығады

мәзір