Айнымалы синусоидал ток тізбектері.

1. Үш фазалы синхронды генератордың кұрылысы және әрекеттік паркы.

2. Үш фазалы снмметриялы ЭҚК-тер жүйесі.

3. Синусоидал шамалардың әрекеттік және орташа мәндері.

Электр знергиясымен жабдықтау, әдетте. үш фазалы айнымалы (синусоидал) токпен орындалады. Синустың заңдылығы, яғни синусоида қисыгы бойынша өзгеріп отыратын айнымалы токты синусоидал ток деп атайды. Үш фазалы синусоидал токтын баска токтарга қарағанда кең қолданыдуы оның мынадай артықшылықтарына байланысты болды:

-үш фазалы ток тізбегінде сан мәңдері әртүрлі екі кернеу болады:

-үш фазалы айнымалы ток арқылы айнымалы токтық козғалтқыштарда айналмалы

магнит өрісі қоздырылады (онсыз олар жұмыс істей алмайды);

электр энергиясын алыс жерлерге беру және оны электр кабылдағыштары арасында тарату үшін колданылатын қоңдырғылар мен кұрылғылар баска ток тізбектерімен салыстырғанда карапайым және экономикалык жағынан алғанда тиімді.

Электр энергиясы электр стансаларында үш фазалы синусоидал ток генера торларында өндіріледі. Қазіргі кезде тұракты ток көбіне айнымалы токты түзету аркылы алынады, ал бір фазалы ток деген сол үш фазалы токтын бір фазасы ғана. Сондыктан, жалпы алганда. айнымалы ток тізбегін үш фазалы ток генераторын және үш фазалы ЭҚК-ті алу принципін карастырудан бастаған жөн.

Өзара 120° жасал орналаскан жене бір оське бекітілген, сымнан жасалған орам түзетін үш жактауша тұракты магнит өрісінде бұрыштық жылдамдыкпен айналып тұрсын (4.1 -сурет).

Электромагнитгік индукция заны бойынша жактаушалар магнит өрісінін күш сызыктарын киып өткенде оларда –ЭҚК пайда болады:

Келтірілген символды-логикалык сұлба (логосент) тұрақты магнит өрісінде (В.) козгалып келе жаткан (v) сымда (орамада)

злектромаггшшк индукция заңы бойынша (ЭМИЗ) ЭҚК (е) пайда болады деген ұғымды білдіреді. Карастырып отырған мезетте пайда болтан ЭҚК-тін мәні (оны лездік мән деп атайды)

мұндағы. В - өрістің магнит индукциясы; - сымнын активті {магнит күш

сызыктары киып жаткан) ұзындығы: v.. • жактаушанын сызыктық жылдамдығынын магнит индукциясына нормаль, сызыкқа проекциясы.

Жактауша магнит күш сьзыктарын уакытка байланысты белгілі-бір a - cot бұрышпен киып өтіп жататындыктан егер сызыктық жылдамдыктың мәнін ( 3. 1) тендігіне койса

е = Sf.v sin

Жактауша магнит күш сызыктарын перпендикуляр бойымен киып өткенде бұрыш» сызыктык жылдамдыктын нормаль кұраушысы v.,-v болатындықтан ЭҚК өзінің ең үлкен (максимал) мәніне (амплитудасына) ие болады:

ЭҚК-тің максимал мәнін алдыңғы теңдікке койса

(2.2)

Бұл өрнек жақтаушалардың ЭКК-терінің -Е_т- нен re дейінгі мәндерді кабылдай отырып,. синусоида бойынша өзгеретінін көрсетеді. Синусоида бойымен ЭҚК- тің өзгерісі белгілі-бір уакыттан кейін кайталанып отырады. Мұндай. өзгеру зандылыгы белгілі-бір уакыттан кейін кайталанып отыратын., шаманы периодты шама деп атайды.Периодты шаманын толык бір өзгерісінін уакытын период деи атап,. Т әрпімсн белгілейді і Периодты шаманың бір секунд ішіндегі толық өзгерістерінің санын жиілік деп атайды«:/=*У/.Г. Жиіліктің өлшем бірлігіне 1Гц (герц) - бір секунд ішіндегі бір толык өзгеріс, алынған. Өнеркәсіптік электрмен жабдыктау жүйелеріндегі үш фазалы ЭКК-тің жиілігіне Қазакстанда 50Гц. кейбір шетелдерде 60Гц кабылданған. Синусоида кисығы 360^е -тан кейін кайталанып отыратындыктан -2x. бұдан .

Синустын аргументін синусоидал шаманың фазасы ден атайды. Фаза уакьттан тәуелді өзгеріп отырады және ол карастырып отырган мезетте шаманың синусоидадағы орнын көрсетеді. Егер і ~ 0 болса, онда (4.2) өрнегі бойынша е - 0 . яғни синусоида координатор басынан өтеді. Ал координаттар басынан өтпейтін синусоиданын өрнегінде оның оң мәнге өсе бастаған кезде координаттар басынан кандай қашықтықта жататыньн көрсететін бұрыш синустың аргументіне косылуы немесе одан алынуы керек. Сондыктан, жалпы алғанда, синусоидал шама былайша өрнектеледі:

(2.3)

Уакыг нөлге тең деп алғандагы синустың аргументін,яғни w-ді. синусоидал шаманың бастапкы фазасы деп атайды. Егер синусоида өзінін оң мәнге өсе бастаған кезінде уақыт немесе бұрыш өсін координатор басының оң жағынан киып өтсе, бастапқы фаза теріс таңбалы да, ал сол жағынан киып өтсе, онда оң таңбалы болады.

Бірінші жактауша (АХ) горизонталь калпынан айнала бастаған деп алса, онда пайда болатын ЭКТС-тің бастапкы фазасы нөлге тең болады, өйткені бастапкы кезде жактауша магнит күш сызықтарын киып өтпей оларга параллель қозғалады. Кейін синустын мәні өсетіндіктен ЭҚК-тің мәні де өседі. 90°-га бұрьлғанда максимал мәнін кабылдайды. Бұдан әpi синустын, мәні азаятындықтан ЭҚК те азайып. 180°-ка бұрылғанда нөлге тең болады. Жактауша 180°-қа бұрылғанда онын mn және kf қабырғалары орындарын ауыстырады да., оларда ЭҚК теріс мәнді болып, график уакыт (бұрыш) осінен төмен жататын жарты синусоида сызады. Ал жақтаушаның толық бір айиалымынан кейін (t "360") осы үрдіс кайталанады. Сонымен, бірінші жақтаушадагы ЭКК (4.2.а-сурет)

(2.4)

бастапкы фазасы у 0.

Екінші жактауша (ВУ ) бірінші жактаушамен сағат тілінің бағытында 120^е' жасап орналасатындыктан, ондағы ЭКК-тің синусоидасы нөлдең он мәнге есе бастағанда бұрыш (уакыт) өсін координаттор басынан оңға карай 120^е кашыктыкта киыи өтеді, яғни бірінші жактаушанын ЭКК-нен фазасы бойынша 120° -ка ығыскан. ал уакыт бойынша одан периодтың үштен біріне калып отырады (4.2-6-сурст). Ендеше екінші жактаушаның (ВУ) ЭҚК-і

(2.5)

Үшінші жақтауша (CZ) бірінші жактаушамен сағат тілінің бағытында 240° жасап орналаскандықтан, ондағы ЭҚК-тің синусоидасы нөлден оң мәнге өсе бастағанда бұрыш (уакыт) осін координаттар басынан оңға карай 240' кашыктыкта киып өтеді, яғни бірінші жақтаушанын ЭҚК-нен фазасы бойынша 240°-ка ығыскан, ал уақыт бойынша одан периодтын үштен екісіне қалып отырады (4.2.в-сурет). Олай болса, үшінші жактаушаның (CZ) ^г)ЭҚК-і

(2.6)

бастапкы фазасы - 4 л /3

.

Жалпы алғанда, егер екі синусоидал шама өздерінін нөлдік және максимал (оң не теріс) мәндерін бір уақытта қабылдаса, онда оларды тура фазалы (фазалас), ал нөлдік мәндерінде сәйкес келіп, максимал мәндерінде бірі оң екіншісі теріс болса, онда карама- карсы фазалы деп аталынады.

Бастапқы фазалар айырымын фазалык ығысу (фазалар ығысуы) немесе фазалык ығысу бұрышы деп атайды.Мысалы, бірінші және екінші жактаушалардың ЭҚК-терінін фазалық ығысу бұрышы

Үш фазалы ток генерагорының кұрылысынын (4.3.а-сурет) және әрекеттік паркының қарастырылған сұлбалык кұрылғыдан ешкандай принциптік айырмашылығы жок. Үш фазалы ток генераторы (әдетте, синхронды генератор) статордан (машинаның козғалмайтын бөлігі) және ротордан (машинаның айналып тұратын бөлігі) тұрады. Статор ферромагнит материалдан жасалған цилиндр тәрізді өзектен жене өзектін ішкі шеңберінін бойындағы ойыктарға салынған және бір-бірімен кеністікте өзара 120 жасап орналаскан үш орамадан тұрады. Ротор да ферромагиит өзектен және орамадан турады. Ротор орамасына тұрақты кернеу беріледі. Ротор орамасы, магнит өpicінің коздыратындықтан, қоздыру орамасы деп аталады. Әдетге ротор білікке отырғызылып, статордын ішіне орналастырылады. Роторды біріншігәр (бірінші реттік) қозгалткышпен (су турбинасы. су турбинасы. іштен жану қозғалткышы. t.s.c.) айналысқа келтіргенде статор орамаларында үш ЭҚІС (4.3,6-сурет) пайда балады. Орамалардың орам сандары бірдей болатындыктан. бір магнит өрісімен және бірдей жылдамдыкпен киылып отыратындыктан, оларда пайда болатын ЭҚК-тердің амплитудалары өзара тең болады:.

Міне осындай, амплитудалары, және жиіліктері өзара тен, бірак фазалары бір-бірінен 120"-ка ығысқан үш бір фазалы ЭҚК-ті үш фазалы симметриялы ЭҚК-тер жүйесі деп атайды. Үш фазалы ЭКК-тер жүйесінің басты қасиеті олардын ЭҚК-терінін кез-келген мезеттегі алгебралык косындысынын нөлге тең болатындығы.яғии

(2.8)

Сонымен, үш фазалы генератордағы үш орама үш бір фазалы ЭКК көзі де, ал оларды коса алса үш фазалы ЭҚК көзі болып табылады. Әр ораманы фаза деп атап, бастарын А,В,С әріптерімен, аяктарын X.Y,Z әріптерімен белгілеу кабылданған. Бір ораманын ЭҚҚ-іне косылған электр кабылдағыштар тізбегін бір фазалы ток тізбегі деп, ал үш фазалы ЭҚК-ке косылған электр кабылдағыштар тізбегін үш фазалы электр тізбегі деп атайды, Осыған байланысты электр кабылдағыштарды да бір фазалы және үш фазалы деп бөледі.

Әдетте синусоидал ЭҚК злектр кабылдағыштарда синусоидол ток пен синусоидал кернеу тудырады (синусоидал емес токтар да болады, бірак олар кейінірек карастырылады). Бірақ олардың бағытгары мен шамалары үнемі өзгеріп отыратындыктан, сан мәндерін өлшеу мүмкін емес. Сондықтан синусоидал шаманың мәні үшін оған электродинамикалык немесе жылулык касиеті бойынша баламалы тұракты токтық шаманың мәні алынады, ягни синусоидал шама сәйкесті тұракты шамамен салыстырмалы өлшенеді. Мысалы, синусоидал токтың бір периоды ішінде белгілі-бір резисторда синусоидал ток жүргенде бөлінетін жылу сол резистормен сол уакыт ішінде тұракты ток жүргенде бөлінетін жылуга тең болғандағы, ягни W-- W. тұрақты токтын мәнін синусоидал токтын әрекеттік мәні үшін алады.

Синусоидам токтын әрекеттік мәні деп бір резисторда уакыт бірлігі ішінде синусоидал токтын бөліп шығаратын жылуына тең жылу бөліп шыгаратын тұракты токтын мәні айтады.

Кедергісі R резиетормеи синусоидал токтын периодына тең Т уакыт ішінде синусоидал тогы жүргенде (4.4,а-сурет) Джоуль-Ленц заңы бойынша бөлініп шығатын жылу

(2.10)

Осы резисторда сол Т уакыт ішінде синусоидал токтың бөліп шыгаратын жылуына тең жылу бөліп шыгаратын тұрақты ток жүргендегі (4.4,б-сурет) белінетін жылу бөлініп шыгатын жылулардын теңдігінен» яғни синусоидал токтын әрекеттік мәні

(2,12)

Бұл теңдік синусоидал токтың әрекеттік мәнінін онын орташа квадраттык мәніне тең болатындыгын керсетеді.

Егер (4.12) өрнегіне синусоидал токтын лездік мәнін койса, онда

Осылайша ЭКК пен кернеудін катынасын аныктауға болады:

Сонымен, (2.13), (2.14) және (2.15) теңдеулерінен синусоидалы шаманың әрекеттік

Мәні онын амплитудалык мәнінен v2 есе аз деп тұжырымдауга болады.

Синусоидал шаманың орташа мәні деп оның арифметикалык орташа мәнін айтады. Синусоидал шаманың период ішіндегі арифметикалык орташа мәні нөлге тең болатындықтан. оны жарты период үшін есептейді.

Егер 4.4,а-суреттегі жарты синусоиданың ауданы ОАВС тік төртбұрышының ауданына тең болса,яғни

(2.16)

онда синусоидал токтың орташа мәні осы сиякты ЭҚК пен кернеудің орташа мәндері

(2.18) (2.19)

Синусоидал ток тізбегінде ЭҚК-тің, кернеудін және токтың әрекеттік мәндерін сәйкесінше Е, U, 1 әріптерімен белгілеу қабылданған.

Жаппы алганда, электр өлшеуіш аспаптардың көпшілігінің жұмыс істеу принципі токтын жылулык немесе электродинамикалык әрекеттеріне негізделген. Сондыктан олар электрлік шамалардын әрекеттік мәндерін көрсетеді.Мысалы амперметр 5А ток көрсетіп тұрса да тізбектегі ток 0,01с уакыт ішінде 0-ден 7А-ге дейін көбейіп және 7А-деп 0-ге дейін азайып отырады.

Бакылау сұрактары

1.Синусоидал токтың негізгі параметрлерін атап, оларга аныктама беріңіз.

2.Үш фазалы снмметриялы ЭҚК-тер жүйесі деп нені айтады?

3.Үш фазалы симметриялы ЭКК-тер жүйесінің басты қасиеті қандай?

4.Синусоидал токтың әрекеттік мәні деген не?

5Синусоидал токтың орташа мәні деп нені айтады?

Негізгі әдебиет: 1 [26-32]: 3[40-46:106 108]

Қосымша әдебиет: 7(60-66]

7-лекциялықдәріс.