Сызықты жәНЕ сызықты емес тізбектердің теориясы «Электр техникасының теориялық негіздері»

2.2.1 Сызықты емес индуктивтіліктің (конденсатордың) ВАС алу үшін барлық аспаптарын қарастырып сызбасын салу.

2.2.2 Тізбек ЭҚК көзінен қоректенгенде сызықты емес индукивтіліктің және конденсатордың параллель қосылған тізбегінің ВАС сипаттамасын алу үшің сызбасын салу.

2.2.3 ЭҚК көзін ток көзіне түрлендіру сызбасын көрсету (ЭҚК көзіне үлкен кедергіні қосу жолымен)

2.2.4 Сызықты емес индуктивтіліктің және конденсатордың 2.6 суретінде берілген ВАС бойынша тізбектің L және C мәндерін анықтау.

2.6 Сурет

2.2.5 Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың ВАС тәжірибелік жолымен алу.

2.2.6 Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың параллель жалғанған тізбегінің ВАС тәжірибелік жолымен алу.

2.2.7 Ток көзінен қоректенген тізбектің ВАС тәжірибелік жолымен алу:

а) токты нөлден максимумға дейін баяу көтергенде;

б) токты максимумнан нөлге дейін баяу төмендеткенде.

1.3.1 Сызықты емес индуктивтіліктің (конденсатордың) ВАС алу үшін «Тапсырма» бөлімінің 1.2.1 пунктісінің электірлік сызбасын жина. 1 және 2 тәжірибелерде кернеуді нөлден максимумға дейін баяу көтеріп аспаптын бес көрсетімін 2.1 кестесіне жазу керек.

1.3.2 «Тапсырма» бөлімінің 1.2.2 пунктісінің электірлік сызбасын жина. Жұмсалған кернеуді баяу өзгертіп аспаптың 7 көрсетімін 2.1 кестесіне жазу керек (3 тәжірибе).

2.1Кесте

2.2 Кесте

1.3.4 Бір графикте сызықты емес индуктивтілік (2.1 кесте 1 тәжірибе) пен конденсатордың (2.1 кесте 2 тәжірибе) ВАС бойынша тізбектің ВАС және эксперименталды алынған ВАС (2.1 кесте 3 тәжірибе) салу. Алынған қисықтарды салыстырып, олардың арасындағы ерекшеліктерін түсіндіру. Токтар феррорезонансы кезіндегі сыйымдылықтардың (конденсатордың) шектерін анықтау, яғни және .

1.3.5 2.2 кестесінің берілгендері бойынша тізбектің ВАС салу және үш режим үшін ток пен кернеудің векторлық диаграммасын салу:

С>, С=, С<.
Бақылау сұрақтары

1 Конденсатордың сиымдылығы өзгерген кезде ток көзінің секіру кезіндегі тогының шамасы және секіруден кейін кернеудің мәні қалай және неге өзгереді?

2 Әр сиымдылық кезінде ток көзінің тогын өзгертіп резонанс режимін алуға бола ма?

3 Неге ЭҚК көзінен қоректенген кезде кернеуді секірмелі өзгерістерсіз баяу өзгертуге болады?

4 Неге феррорезонанс тізбегіндегі кернеудің «секіру» құбылысын, фазаның «аударылу» құбылысы деп атайды?

3 Зертханалық жұмыс
Ауыспалы үрдістерді зерттеу

Жұмыс мақсаты: Тәжірибелік және аналитикалық жолмен бір фазалы тізбектегі R, L, C элементтерінің әр түрлі қабысуы кезінде ауыспалы кернеу мен токты анықтау.
3.1 Қысқаша теориялық мәліметтер

Индуктивтілік пен сыйымдылықтан тұратын электр тізбектері жұмыс режимінде сәйкесінше магниттік пен электірлік энергияны жинайды.

Индуктивті элементтердің магнит өрісінің тогы өткен кездегі энергиясы W_т келесі шамамен анықталады

, (3.1)
мұнда L – тізбек элементтерінің индуктивтілігі.

Сиымдылықты элементтің электрлік өрісінің энергиясы W_э

Энергетикалық қалпын өзгертуге апаратын электрлік тізбектің жұмыс режимінің өзгеруін коммутация деп атайды. Әрі қарай коммутация лезде өтеді және коммутациялау құрылғыларда энергияның шығыны болмайды деп санаймыз.

Тұтынушымен генераторды ток көзіне қосқан кезде алынатын энергиянын ауысуы, қуат және сол процесс өтетін уақыт аралығында (Р- энергия көзінің қуаты) өрнегімен анықталуы мүмкін. Егер, нөлге ұмтылса, яғни коммутация кезіндегі энергияның қорын анықтау, онда соңғы шамамен анықталатын анықтау үшін Р ұмтылуы керек. Бірақ табиғатта шексіздік қуат өндіретін генераторлар жоқ, сондықтанкоммутация кезінде болады. Жоғары келтірілген пікірлер бойынша индуктивтілік элементтердің магнит өрісіндегі және сыйымдылықтық элементтердің электірлік өрісіндегі энергияның қоры секірмелі өзермейді деп қорытынды жасауға болады. Индуктивтілік және сиымдылық элементтердегі энергияның шамасы және де коммутация кезіндегі ток пен кернеу коммутация заңдарына сәйкес анықталады.

Коммутация заңының мәні келесіде:

а) индуктивтілігі бар әр тармақтағы магнит ағыны мен ток коммутацияға дейінгі мәндерді коммутация кезінде сақтап және әрі қарай сол мәндерден өзгереді;

б) сиымдылығы бар әр тармақтағы кернеу мен заряд коммутацияға дейінгі мәндерді коммутация кезінде сақтап және әрі қарай сол мәндерден өзгереді;

Теориялық жағынан ауыспалы процесс шексіз ұзақ өтеді, ал практикалық жағынан ол өткеннен кейін бітеді, мұнда  - тізбектің уақыт тұрақтысы.

Жеке элементтердің магнит және электрлік өрістерінің энергия қоры уақыт бойынша тұрақты болғанда немесе периодикалық заңмен өзгерген кездегі электрлік тізбектің қалпын қалыптасқан деп атайды. Бір қалыптасқан режимнен басқасына өту үрдісін ауыспалы деп атайды.

Ауыспалы процесс кезінде де, қалыптасқан режимде де электрлік тізбектің қалпы лездік мәндері үшін Кирхгоф заңдарымен бейнеленеді.

Активті кедергі r мен сиымдылқтың тізбектей қосылған тізбегін ( 3.1сурет) тұрақты кернеуге қоссақ, ондағы ауыспалы процесс Кирхгофтың екінші заңы бойынша құрастырылған теңдеу бойынша өтеді

Сызықты дифференциалдық тендеудің шешімі

• 
  уақыт тұрақты мына формуламен анықталады
  

 = r c . (3.6)

Ауыспалы ток мына формуламен анықталады
. (3.7)
3.2 суретінде r, c тізбегін тұрақты кернеуіне қосу кезіндегі u_c(t) және i(t) тәуелділіктері көрсетілген.


Uc,i

U₀

U₀

U_c

3.1Сурет 3.2 Сурет

3.3 Сурет

Тізбектің тепе - теңдік теңдеуі

3.2.1 3.6 суретінде көрсетілеген тізбектің тармақтарындағы коммутациядан кейігі ауыспалы токарды есептеу. Ауыспалы токтың уақыт бойынша өзгеру қисығын салу. Есептеу параметрлері 3.1 кестесінде берілген.

3.6 Сурет

Бригада нөмірі	U, B	, Ом	, Ом	С, мкФ	L, мГ
1	5	1	-	-	5
2	10	5	5	-	10
3	60	10	10	-	100
4	20	5	-	10	-
5	10	5	5	100	-
6	10	10	10	1	-

3.2.2 r, с тізбегін (3.7 сурет) тұрақты кернеуге қосқан кезде ауыспалы үрдістің ұзақтылығын анықтау. Есептеулер кезінде

3.2.3 Аралас қосылған тізбектің (3.8 сурет) ауыспалы үрдістің уақытын есептеу. Есептеулер кезінде = 330 кОм; = 180 кОм;

3.2.4 Сиымдылығы бар тармақ арқылы өтетін ауспалы токтың мәжбүр құрамын анықтау. Конденсатор оқшауламасының кедергісі = 1000 к Ом тең екенін ескеру.

3.2.1 -3.2.4 пунктілері аудиториядан тыс уақытта орындалады.

3.2.5 Тізбектей қосылған r және с элементтерін тұрақты кернеуге қосқанда және ажыратқанда тәжірибелік жолмен және i(t) анықтау. Алынған мәндер бойынша ауыспалы кернеу мен токтың уақыттан өзгеру қисықтарын салу.

3.2.6 3.2.2 пунктінің берілгендері бойынша i(t) графигінен уақыт тұрақтысын және ауыспалы үрдістің ұзақтылығын анықтау.

3.2.7 Аралас қосылған r және с элементтерін тұрақты кернеуге қосқанда тәжірибелік жолмен тармақтардағы ауыпалы токтарды анықтау және сол токтардың өзгеру қисықтарын салу.

3.2.8 Элементтері аралас қосылған r және с тізбегінде сызба тарамақтарындағы ауыспалы токтардың мәжбүр құрамын және бастапқы мәндерін есептеу.
3.3 Жұмысты орындау бойынша нұсқаулар

3.3.1 «Тапсырма» бөлімінің 3.2.5 пунктісін орындау үшін 3.7 суретін жинау керек. Конденсатордағы кернеуді өлшеу үшін электрстатикалық жүйелі вольтметр, ал токты өлшеу үшін магнитэлектрлік жүйелі микроамперметр қолданылады.

3.7 Сурет

3.3.2 “S” аустырып қосқышты “I” қалпына қойып (3.7 сурет) тізбекті тұрақты кернеуге қосамыз және әр 10-15 с. сайын ауыспалы үрдіс аяқталғанша дейін аспаптардың көрсетімін жазып отырамыз. Нәтижелерді 3.2 кестесіне еңгіземіз.

3.2 Кесте

t, с	, В	I, мА
0
10
20
30
40
…
(4-5)

3.3.4 уақыт тұрақтысын есептеп, оны эксперименталды мәндермен салыстырамыз.

3.3.5. Ауыспалы үрдісті конденсатордың разрядталуы кезінде зерттеу ( 3.7 суретінде“S” ауыстырып қосқышы “2” қалпында тұр) үшін әр 10-15 с. сайын аспаптардың көрсетімдерін және I нөлдік мәндеріне дейін жазып отырамыз. Нәтижелерді 3.3 кестесіне еңгіземіз.

3.3 Кесте

t, с	, В	I, мА
0
10
20
30
40
…
(4-5) 

3.3.6 3.3 кестенің берілгендері бойынша және i(t) өзгеру қисықтарын саламыз.

3.3.7 3.8 суреттегі сызбаны жина.

3.8 Сурет

3.4 Кесте

t, с	, мкА	, мкА	, мкА
0
10
20
30
40
…
(4-5)

3.3.9 және графиктерін салу.

3.3.10 Электрлік тізбек үшін (3.10 сурет) токтардың мәжбүр құрамын және олардың бастапқы мәнін және тізбектің уақыт тұрақтысын есептеу. Нәтижелерді 3.6 кестесіне еңгізу.

3.5 Кесте

, А	, А	, А	i1ПР(o), А	i1ПР(o), А	i2ПР(o), А	

3.3.11 3.9 суреттегі электрлік сызбаны жинап, оның параметрлерін 3.6 кестесіне еңгізу керек.

3.9 Сурет

3.6 Кесте

, Ом	, мГн	С, мкФ

Бақылау сұрақтары

1 Тізбектің уақыт тұрақтысын қалай анықтайды?

2 Ауыспалы үрдістерде қолданылатын коммутация заңдарының тұжырымдамасы.

3 Ауыспалы үрдістің ұзақтылығы қандай?

4. Қандай белгілер бойынша ауыспалы үрдістің аяқталғаны туралы біледі?

5 Активті кедергі мен конденсатордың аралас қосылған тізбегіндегі токтың мәжбүр құрамын және t=0 кезіндегі токтың мәнін анықтау ?

6 Эксперименталды кисық бойынша тізбектің уақыт тұрақтысы қандай әдіспен анықталады?

4 Зерханалық жұмыс
Кернеулер феррорезонансы

Жұмыс мақсаты: конденсатор мен ферромагнитті өзекшесі бар индуктивтіліктің тізбектей қосылған тізбегіндегі кернеулер феррорезонансын зерттеу.
4.1 Қысқаша теориялық мәліметтер

Айнымалы токтың сызықты электрлік тізбектерінде индуктивтілік пен сыйымдылықтың кедергілері өзара өтеледі және тізбектің баламалы реактивті кедергісі нөлге тең болады. Бұл жағдайда, реактивті кедергі болса да, ток пен кернеу фаза бойынша сәйкес келеді. Сызықты тізбектердегі бұл құбылысты резонанс деп атайды. R, L, C элементтерінің тізбектей қосылған тізбегінде кернеулер резонансы пайда болады. Кернеулер резонансының шарттары ; .

Болаттан жасалған өзекшесі бар индуктивтілік (сызықты емес индуктивтілік) пен конденсатордан тұратын сызықты емес тізбекті жоғары гармоникалардың болуынан және ток пен кернеудің әсерлік мәндері арасында сызықты емес тәуелділік болғандықтан резонанс құбылысын байқау қиын. Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың тізбектей қосылуы кезінде кернеуді баяу өзгерткенде токтың негізгі гармоникасының фазасы мен амплитудасының секіріп өзгеруі байқалады. Кернеуді өзгерте отырып сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың волтьамперлік (ВАС) сипаттамалары қиылысқан кезде кернеулер феррорезонансының режимі пайда болады, яғни - тан дейін (4.2 сурет).


4.1 Сурет 4.2 Сурет
Егер, ораманың активті кедергісін және жоғары гармониканың шығындарын ескермесек, кернеу фероререзонансының шарты

теңдігімен өрнектеледі. Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың белгілі ВАС бойынша токтары тең болғанда сәйкес келетін ВАС кернеуерін алып тастап, барлық тізбектің нәтижелік ВАС алуға болады (4.3 сурет).

4.3 Сурет

Тізбек тәжірибеде токтар көзінен қоректенсе (энергия көзінің ішкі кедергісі тұтынушының кедергісінен аса үлкен болады) тізбектің тогы I мен жұмсалған кернеу U арасында баяу тәуелділік көрінеді (4.4 сурет).

Сондықтан, тізбек кернеу көзінен қоректенгенде b-с бөлігі тізбек жұмысының тұрақты емес облысы болып саналады.

4.2.1 Сызықты емес индуктивтіліктің (конденсатордың) ВАС алу үшін барлық аспаптарын қарастырып сызбасын салу.

4.2.2 Тізбек ЭҚК көзінен қоректенгенде сызықты емес индукивтіліктің және конденсатордың бірізді қосылған тізбегінің ВАС сипаттамасын алу үшің сызбасын салу.

4.2.3 4.2.2 пунктісінің сызбасын тізбек ток көзінен қоректенгенде салу.

4.2.4 Сызықты емес индуктивтілік (конденсатор) үшін берілген ВАС бойынша кернеулер феррорезонансы қандай жиілік пен кернеу кезінде болатынын анықтау. L және С 4.6 суретінде көрсетілген.

4.6 Сурет

4.2.5 Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың ВАС тәжірибелік жолымен алу.

4.2.6 Сызықты емес индуктивтілік пен конденсатордың ток көзінен қоректенген бірізді жалғанған тізбегінің ВАС тәжірибелік жолымен алу.

4.2.7 ЭҚК көзінен қоректенген тізбектің ВАС тәжірибелік жолымен алу:

а) кернеуді нөлден максимумға дейін баяу көтергенде;

б) кернеуді максимумнан нөлге дейін баяу төмендеткенде.

4.3.1 Сызықты емес индуктивтіліктің (конденсатордың) ВАС алу үшін «Тапсырма» бөлімінің 4.2.1 пунктісінің электірлік сызбасын жина және аспаптардың бес көрсетімін 4.1 кестесіне жазу керек (1 тәжірибе – сызықты емес индуктивтілік, 2 тәжірибе - конденсатор).

4.3.2 «Тапсырма» бөлімінің 4.2.2 пунктісінің электірлік сызбасын жина. Жұмсалған токты баяу өзгертіп аспаптың 7 көрсетімін 4.1 кестесіне жазу керек (3 тәжірибе).

4.1 Кесте

4.3.3 «Тапсырма» бөлімінің 4.2.3 пунктісінің электірлік сызбасын жинап, жұмсалған кернеу шамасын баяу өзгертіп 4.2 кестесіне аспаптардың көрсетімдерін жазып алу және токтың секіріп өзгеруіне сәйкес келетін кернеудің мәнін тіркеу.

4.3.4 Бір графикте сызықты емес индуктивтілік (4.1 кесте 1 тәжірибе) пен конденсатордың (4.1 кесте 2 тәжірибе) ВАС бойынша тізбектің ВАС және эксперименталды алынған ВАС (4.1 кесте 3 тәжірибе) салу. Алынған қисықтарды салыстырып, олардың арасындағы ерекшеліктерін түсіндіру. Кернеулер феррорезонансы кезіндегі сыйымдылықтардың (конденсатордың) шектерін анықтау, яғни және .

4.3.5 4.2 кестесінің берілгендері бойынша тізбектің ВАС салу және үш режим үшін ток пен кернеудің векторлық диаграммасын салу:

С>, С=, С<.

Бақылау сұрақтары

1 Конденсатордың сиымдылығы өзгерген кезде жалпы кернеудің шамасы және секіруден кейін токтың мәні қалай және неге өзгереді?

2 Әр сиымдылық кезінде жалпы кернеудің шамасын өзгертіп кернеулер резонансы режимін алуға бола ма?

3 Неге ЭҚК көзінен қоректенген кезде токты секірмелі өзгерістерсіз баяу өзгертуге болады?

4 Неге феррорезонанс тізбегіндегі кернеудің «секіру» құбылысын, фазаның «аударылу» құбылысы деп атайды?

5 Зертханалық жұмыс
Жартылай өткізгішті диодтары бар тізбегі

Жұмыс мақсаты: синусоидалы кернеуден қоректенетін жартылай өткізгішті диодтары бар тізбектің тогы мен кернеуінің құрамдарын есептік және тәжірибелік жолмен анықтау.
5.1 Қысқаша теориялық мәліметтер

а) б) в)

Бастапқы мәліметтерді қойғаннан кейін келесіні аламыз

Жүктемедегі кернеудің әсерлік мәні период бойынша функцияның орташа квадраттық мәні сияқты анықталады. Бір жартылай периодты түзету кезінде

Кернеу мен токтың тұрақты құрамдарын графо-аналитикалық әдіспен есептегенде ток пен кернеудің периодын m бірдей бөлікке (кесіндіге) бөледі 5.2 сурет.

5.2 Сурет

5.2.1 Идеалды бір және екі жартылай периодты түзеткіштері мен активті жүктемесі бар тізбек (5.1 а,б суреті)үшін келесіні есептеу:

а) тұрақты құрамын және жүктемедегі токтың Iәсерлік мәнін;

б) бір жартылай периодты түзету кезінде кернеудің айнымалы құрамының әсерлік мәнін.

Есептеулер үшін мәліметтерді 5.1 кестесінен бригада нөміріне сәйкес алу. Ондағы - қоректену көзінің синусоидалы кернеуінің әсерлік мәні; - активті жүктеменің кедергісі.
5.1 Кесте

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8
	10	14	18	20	24	28	32	36
	20	28	36	40	48	56	64	72

5.2.2 Жұктемедегі кернеудің айнымалы құрамының U' әсерлік мәнін өлшеу үшін вольтметрмен тізбектей қосылатын конденсатор сиымдылығын есептеу керек.

Тапсырманың 5.2.1-5.2.2 пунктілерін аудиториядан тыс уақытта зертханалық жұмысқа дайындалғанда орындау керек.

5.2.3 Екі жартылай периодты түзету тізбегінде жүктемедегі кернеудің тәжірибелік жолмен тұрақты және айнымалы U' құрамдарын және U кернеудің әсерлік мәнін анықтау.

5.2.4 Жүктемедегі кернеудің тұрақты және айнымалы U', құрамдары бойынша сол кернеудің әсерлік мәнін есептеу және 5.2.3 пунктісімен салыстыру.

5.2.5 Бір жартылай периодты түзету тізбегі үшін алынған тәжірибелік мәліметтер бойынша жүктемедегі кернеу мен токтың лездік мәндерінің қисықтарын салу.

5.3.1 U' өлшеу үшін жұмыста электрмагнитті жүйелі ішкі кедергісі =4000 Ом тең вольтметрі қолданылады. Конденсатор сиымдылығының шамасы есептелгенде қателік 4% аспау керек.

5.3.2 , U' және U жүктемедегі кернеулердің құрамдарын 5.5. суретімен есептелінеді. кернеунің шамасы «Тапсырма» бөлімінің 5.2.1 пунктісінен қойылады. U шамасы вольтметірімен өлшенеді.

~и₁

Аспаптардың көрсетімі
, В	, А	, В	, В	U, В	I, A

5.3.3 Ток пен кернеудің лездік мәндерінің қисықтары 1-2 мерзімге сәйкес салынады.

1 Диодтың вольтамперлік сипаттамасын сал.

2 Түзеткіші бар тізбектің кернеуінің тұрақты және айнымалы құрамдарын есептеу?

3 Бір және екі жартылай мерзімді түзетуі бар тізбек үшін кернеудің және кернеу құрамдарының әсерлік мәндерін есептеу.

4 Түзеткіші бар тізбектің кернеуінің (тогының) тұрақты құрамын графо-аналитикалық әдіспен есептеу?

5 Бір және екі жартылай мерзімді түзетуі кезінде жүктемедегі ток пен кернеудің қисықтарын салу.

2 Бамдас А.М., Блинов К.В., Захаров Н.В., Шапиро С.В.. Ферромагнитные умножители частоты – М. : Энергия, 1958.– 176 с.

3. 
   Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи: учебник для вузов – М. : Высшая школа, 1984. – С.179-184
   

5 Ионкин П.А., Мельников Н.А. Ларевский А.И. Кухаркин Е.С.; под ред. П.А. Ионкина.Теоретические основы электротехники: Ч1. Основы теория цепей: учебник для вузов – М. :Высшая школа, 1965. – С. 625 – 653.

6 Нейман, Л.Р., Демирчян, К.С. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т.1. Теория нелинейных электрических и магнитных цепей: учебник для вузов – Л. : Энергоиздат, 1981. – С. 120-122

Мазмұны

1 Зертханалық жұмыс. Жиіліктің үш есе күшейткіші............4

3 Зертханалық жұмыс. Ауыспалы үрдістерді зерттеу...........19

4 Зертханалық жұмыс. Кернеулер феррорезонансы..............28

5 Зертханалық жұмыс. Жартылай өткізгішті диодтары

бар тізбегі ..............................................................................33

Әдебиет...................................................................................38