Коллоквиумға және емтиханға дайындалуға арналған сұрақтар

Кіріспе. Электр тізбегі.

Электр тізбегінің компоненттері.

Электр тізбегіндегі физикалық процестер.

Тоқ көзінен тұтынушыға электр энергиясын беру.

Тоқ және тоқ тығыздығы. Кернеу.

Екіұшты тізбекті қосу.

Қабылдағыштарды араластырып қосу.

Электр кедергісі. Тұрақты тоқты электр тізбегінің негізгі заңдары.

Кирхгоф заңдарын қолдану.

Суперпозиция принципі.

Түйінді кернеу әдісі.

Контурлы тоқтар әдісі.

Эквивалентті түрлендіру әдісі.

Потенциальды диаграммаларды құру.

Тұрақты тоқтың сызықты емес тізбектері.

Есептеудің графикалық әдісі.

Есептеудің аналитикалық әдісі.

Синусоидалы айнымалы тоқтардың тізбектері. Негізгі анықтамалар.

Айнымалы тоқтардың әсерлі және орташа мәндері.

Символдық әдіс.

Векторлы диаграммалар әдісі.

Айнымалы тоқты комплексті түрде жазу.

Бір фазалы айнымалы тоқ. Активті, индуктивті кедергілері бар айнымалы тоқ тізбегі.

Сыйымдылықты кедергісі бар айнымалы тоқ тізбегі.

Айнымалы тоқтың тармақталмаған және тармақталған тізбектері.

Кедергілер мен өткізгіштіктер ұшбұрышы.

Кедергілер мен өткізгіштіктер арасындағы қатынастар.

Айнымалы тоқ тізбегінің қуаты.

Қуаттар балансы.

Қуат коэффициенті.

Қуат коэффициентінің жоғарылауы.

Айнымалы тоқ тізбегіндегі резонанстық құбылыстар.

Кернеулер резонансы.

Тоқтар резонансы.

Жиіліктік сипаттамалар.

Төртұштылар. Активті және пассивті төртұштылар.

Симметриялы және симметриялы емес төртұштылар.

Айнымалы тоқтың магниттік тізбектері.

Индуктивті байланысқан тізбектер.

Үш фазалы электр тізбектері. Анықтамалар.

Жұлдыз тәрізді қосу.

Үш бұрыш тәрізді қосу.

Үш фазалы айнымалы тоқтың қуаты.

Симметриялы үш фазалы жүйені есептеу.

Симметриялы емес үш фазалы жүйені есептеу.

Өтпелі процестер.

Индуктивті және сыйымдылығы бар тұрақты тоқ тізбегіндегі процестер.

Электртехника негіздері» пәні бойынша

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР

Лекциялық сабақтардың тезистері

Лекция № 1. Электртехника пәнінің шығу тарихы және даму перспективалары. Электр тізбегі. Электр тізбегінің компоненттері. Электр тізбегіндегі физикалық процестер. Тоқ көзінен тұтынушыға электр энергиясын беру

1.1. Электр тізбегі. Электр тізбегінің компоненттері

Электр тізбегі – бұл электр энергиясын шығаратын, беретін, түрлендіретін және тұтынатын құрылғылардың жиынтығы.

Электр энергиясын шығаруға арналған құрылғы электр энергиясының көзі, немесе қоректендіру көзі, немесе электр қозғаушы күш көзі (ЭҚК), немесе тоқ көзі деп аталады.

Қоректендіру көздері

· машиналық (тұрақты және айнымалы тоқ генераторлары);

· электростатикалық (химиялық, атомдық және т.б.) болады.

Электр энергиясын тұтынатын құрылғы электр энергиясын қабылдағыштар, немесе жүктемелер деп аталады.

Электр энергиясын қабылдағыштар ретінде

· әр түрлі түрдегі электр қозғалтқыш жетектер;

· қыздыру шамдары, қыздыру және жарықтандыру құралдары;

· электрохимиялық және радиотехникалық құралдары және т.б. бола алады.

Электр энергиясын түрлендіргіштерді электр тізбегінің тоқ көзі сияқты немесе энергияны тұтынушы (мысалы, трансформаторлар) ретінде қарастыруға болады.

Электр тізбегінің әрбір құрылғысы электр тізбегінің элементтері деп аталады.

Электр тізбегінің шамаларына

· электр тоғы,

· элементегі кернеу,

· электр қозғаушы күш жатады.

Электр тоғы – электр зарядын тасымалдағыштардың бағытталған қозғалысы.

Қабылданған белгілеу:

тұрақты тоқтың күші;

айнымалы тоқтың лездік мәні.

Кернеу – бұл электр энергиясының қабылдағышындағы әрбір электр зарядына шығындалатын энергия.

Қабылданған белгілеу:

тұрақты кернеу;

айнымалы кернеудің лездік мәні.

Электр қозғаушы күш (ЭҚК) – бұл электр энергиясының көзіндегі әрбір электр энергиясы алатын энергия.

ЭҚК былай белгіленеді:

тұрақты ЭҚК;

айнымалы ЭҚК-тің лездік мәні.

Тоқтың, кернеудің және ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары былай анықталады:

тоқтың шартты-оң бағыты – бұл оң зарядтар қозғалысының бағыты (әрі қарай – тоқтың оң бағыты, немесе тоқ бағыты);

кернеудің шартты-оң бағыты – бұл потенциалдың кемуінің бағыты (әрі қарай – кернеудің оң бағыты, немесе кернеу бағыты);

ЭҚК-тің шартты-оң бағыты – бұл қоректендіру көзіндегі бөгде күштердің бағыты (әрі қарай – ЭҚК-тің оң бағыты, немесе ЭҚК бағыты);

Тоқ пен ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары сәйкес келеді. Тұтынушы элементтеріндегі тоқ пен кернеудің шартты-оң бағыттары сәйкес келеді. Тоқтың, кернеудің және ЭҚК-тің шартты-оң бағыттары схемада стрелкамен белгіленеді.

1.2. Электр тізбегіндегі физикалық процестер

Электр тізбегіндегі кедергі (өткізгіштік), сыйымдылық, индуктивтілік; өзара индуктивтілік оның параметрлері болып табылады.

Электр тізбегіндегі параметрлерде өтетін физикалық процестер:

Кедергі ( ) элементтің электр энергиясын жылулық энергияға айналдыру қабілетін сипаттайды. Кейде кедергі ұғымының орнына өткізгіштік ұғымын қолданады.

Сыйымдылық ( ) элементтің электр зарядын жинақтауын (яғни электр өрісін қоздыруын) сипаттайды.

Индуктивтілік ( ) элементтің магнит өрісін қоздыруын (электр энергиясын магнит өрісіне айналдыруын) сипаттайды.

Өзара индуктивтілік ( ) индуктивті параметрлердің бір-біріне әсерімен сипатталады.

Лекция № 2. Электр тізбегінің пассивті элементтері. Электр тоғы және тоқ тығыздығы. Кернеу және потенциалдар айырымы. Екіұшты тізбекті қосу. Қабылдағыштарды араластырып қосу. Электрлік кедергі. Тұрақты токты электрлік тізбектің негізгі заңдары.

2.1. Электр тоғы және тоқ тығыздығы

Электр тоғы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады. Тоқ бағытына оң зарядтардың қозғалыс бағытын алады. Электр тоғының сандық өлшемі ретінде тоқ күші қызмет етеді.

Егер ток күші және оның бағыты уақыт өтуімен өзгермесе, электр тоғы тұрақты деп аталады.

Тұрақты ток үшін: .

Тоқ күшінің өлшем бірлігі – ампер (А). Практикада ток өлшемінің еселік бірліктері жиі кездеседі: микроампер (мкА) 1 мкА, килоампер (кА), мегаампер (МА).

Электр тоғының тығыздығы деп өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін токты айтады: , ал өлшем бірлігі – А/м².

2.2. Кернеу және потенциалдар айырымы

Кернеу деп электр өрісі кернеулігінің сызықтық интегралына тең скалярлық шаманы айтады. Потенциалдар айырымы – құйынды емес электр өрісіндегі интегралдау жолына тәуелсіз кернеуді айтады. (тұрақты ток тізбегіндегі электр өрісі – құйынды емес).

Өткізгіштің бөлігі үшін тұрақты кернеу

немесе ,

мұндағы - кернеулігі біртекті тұрақты электр өрісіндегі оң зарядқа әсер ететін күш; - өткізгіш бөлігінің бойымен оң зарядтың орын ауыстыруы кезіндегі электр өрісінің жұмысы; және - өткізгіш бөлігінің және көлденең қималарындағы біртекті тұрақты электр өрісінің потенциалдары.

Кернеудің өлшем бірлігі – вольт (В). Бұл 1 кулон (Кл) оң заряд орын ауыстырған кезде 1 джоуль жұмыс жасалатын өткізгіштің екі шетіндегі кернеу. Кернеуді өлшеуге еселік бірліктер де қолданылады: микровольт (мкВ), милливольт (мВ), киловольт (кВ), мегавольт (МВ).

2.3. Екіұшты тізбекті қосу

Электр тізбегінің элементтері активті және пассивті болады. Егер элемент жұмысын - кедергі, - индуктивтілік, - сыйымдылық және - өзара индуктивтілік параметрлері түсініктерімен сипаттасақ, онда бұл элемент – пассивті. Егер элемент жұмысын сипаттау үшін электр тізбегі шамалары ( - тоқ күші, - кернеу, - ЭҚК) түсініктерін қолдану қажет болса, онда бұл элемент – активті.

Активті элементке барлық қоректендіру көздері және кейбір қабылдағыштар (аккумуляторлар, қозғалтқыштар және басқалары) жатады.

Қоректендіру көзі тізбектің ішкі бөлігін, ал қабылдағыштар сыртқы бөлігін құрайды. Бұл бөліктер ұштарындағы полюстерімен айырмашылықта болады. Екі полюспен бөлінген тізбек екіұшты деп аталады. Егер екіұшты тізбекте бір активті элемент болса, онда ол активті екіұшты тізбек деп аталады. Пассивті екіұшты тізбек тек пассивті элементтерден тұрады.

Кез келген күрделі электр тізбегін активті екіұшты тізбекті пассивті екіұшты тізбекке (2.1 – сурет) қосқан сияқты көрсетуге болады.

2.1 – сурет

Пассивті екіұшты тізбекке қосылған активті екіұшты тізбектің жұмысы нақтылы (номинальды), жұмыстық емес (салт жүру тәртібі), қысқаша тұйықталу, келісілген жұмыс тәртібімен сипатталады.

Жұмыс тәртібі жүктеме кедергісі мен қоректендіру көзінің ішкі кедергісі арасындағы қатынаспен анықталады (суретте тоқ көзі мен кедергіден тұратын тізбек, яғни активті екіұшты тізбек көрсетілген).

Нақтылы жұмыс тәртібі қоректендіру көзінің оптимальды параметрлеріне, жеткілікті үлкен ПӘК-іне, сенімділігіне және ұзақ мерзімді жұмысына кепілдік береді.

Жұмыстық емес жұмыс тәртібі – пассивті екіұшты тізбектен активті екіұшты тізбекті ажыратқан кездегі жұмыс тәртібі. Тоқ көзінің клеммаларындағы кернеу ең үлкен және ЭҚК-ке тең және тізбекте тоқ жоқ. Бұл жұмыс тәртібі салт жүріс деп аталады.

Қысқаша тұйықталу жұмыс тәртібі жүктеменің кедергісі нөлге тең болғанда жүзеге асады. Энергияның қабылдағышындағы кернеу жоқ, қысқаша тұйықталу тоғы өте үлкен.

Келісілген жұмыс тәртібі жүктемеге өте үлкен қуат берілетін жұмыс тәртібі. Сондай-ақ мұнда ПӘК де нақтылы жұмыс тәртібіндегі ПӘК-нен төмен.

Көбіне активті элементтер (электр қозғалтқыштары, транзисторлар, зарядтау кезіндегі аккумуляторлар) электр энергиясының қабылдағышы болып табылады. Мұндағы орын басу схемалары пассивті элементтер мен қатар ЭҚК немесе тоқ көзінен тұрады. Бұл жағдайда электр тізбегін бір-бірімен қосылған екі активті екіұшты тізбек түрінде көрсетуге болады.

Тоқ көзінің ЭҚК-і бірдей бағытталған екі элементті активті екіұшты тізбектің орын басу схемасын мына түрде сызуға болады.

2.4. Қабылдағыштарды араластырып қосу

Көбіне электр тізбегі араластырылып қосылған қабылдағыштардан (яғни резисторлардың тізбектей және параллель қосылуы) тұрады.

Егер тізбектің тек тізбектей қосылған кедергілері (2.2 – сурет) бар болса, онда эквивалентті кедергі мынаған тең:

.

Электрлік шамалар мына қатынастар бойынша анықталады:

тізбектегі тоқ,

элементтегі кернеу.

Элементтен бөлінетін қуат

.

2.2 – сурет

Қабылдағыштар параллель қосылған кезде (2.3 – сурет)

,

немесе ,

немесе .

2.3 – сурет

Егер тізбекте тек үш қабылдағыш болса,

.

Егер тізбекте тек екі қабылдағыш болса,

, , .

2.5. Электрлік кедергі

Тізбектің біртекті бөлігі үшін Ом заңын еске түсірейік: біртекті металл өткізгіш бойымен аққан тоқ күші өткізгіштің ұшындағы кернеуге пропорционал:

.

Пропорциональдық коэффициент өткізгіштің электрлік кедергісі деп аталады. Электрлік кедергінің өлшем бірлігі – ом (Ом).

2.6. Тұрақты токты электрлік тізбектің негізгі заңдары

Кейде Кирхгоф ережелері деп аталатын Кирхгофтың екі заңы – бұл электрлік тізбектің негізгі заңдары. Екі заңда көптеген тәжірибелер негізінде тағайындалған.

Кирхгофтың І – заңына (тоқтар үшін Кирхгоф заңына) сәйкес электрлік тізбектің түйініндегі тоқтардың алгебралық қосындысы нөлге тең:

,

яғни түйінге бағытталған токтардың қосындысы түйіннен шыққан тоқтардың қосындысына тең. Мысалы, 2.4 – суреттегі электр тізбегінің түйіні үшін

немесе .

Бұл заңнан шығатын салдар: элетр тізбегінің түйінінде зарядтар жинақталмайды, керісінше жағдайда түйіндер потенциалы мен тармақтағы тоқтар өзгерер еді.

2.4 – сурет

Кирхгофтың ІІ – заңына (кернеулер үшін Кирхгоф заңына) сәйкес кез келген тұйықталған контурдың ЭҚК – нің алгебралық қосындысы осы контур элементтеріндегі кернеулердің алгебралық қосындысына тең:

,

мұндағы контурдағы резисторлық элементтердің саны, ЭҚК саны.

2.5 – суретте келтірілген тізбек үшін Кирхгофтың ІІ – заңы:

2.5 – сурет

Кез келген электрлік тізбекте энергетикалық баланс – қуаттар балансы сақталу қажет. Қуаттар балансы түсінігі энергияның сақталу заңынан шығады: электр тізбегіндегі барлық қоректендіру көздерінің қуаты осы тізбектегі қабылдағыштар қуаттарының қосындысына тең

.

Егер ЭҚК пен токтың бағыты сәйкес келсе, онда тоқ көзі жүктемеге қуат береді. Бұл жағдайда көбейтіндісін «+» таңбамен алу керек. Егер ЭҚК пен токтың бағыты қарама-қарсы болса, онда тоқ көзі қабылдағыш тәртібімен (мысалы, аккумулятордың зарядталу тәртібі) жұмыс жасайды. Бұл жағдайда көбейтіндісін « - » таңбамен алу керек.

Қабылдағыштың қуатына тоқ көзінің ішкі кедергісінде бөлінетін қуатты да жатқызу керек.