Айнымалы токты бір фазалы электр тізбегі

Айнымалы токты бір фазалы электр тізбегі

Айнымалы токты пайдалануды ең алғаш рет 1875 жылы орыс ғалымы П.Н.Яблочков ұсынды. Айнымалы ток Яблочков шырағындағы көмердің біркелкі жануын қамтамасыз етті және шамдардың бір электр энергия көзінен қоректенуіне жол ашты. Электр энергиясының қажеттілігінің өсуіне байланысты оны алыс қашықтықтарға жеткізу мәселесі алға қойылды.

Бұл мәселенің шешілуі электр энергиясын таратуда, ол үшін әртүрлі кернеуді табуды талап етті. Кернеуді бумен түрлендіру үшін айнымалы токты түрлендіретін құрылысы қарапайым трансформатор қажет болды, оны да өзінің шырақтары үшін Яблочков ойлап тапты. Одан кейін атақты орыс инженері және ғалым М.О. Доливо –Добровольскийдің арқасында айнымалы ток кеңінен таратылды. 1889 жылы айнымалы ток кеңінен таралып, үш фазалы тізбектің барлық тетіктерге жасап шығарылды. 1891 ж. ол электр энергиясын үш фазалы токпен 175 км қашықтыққа жеткізуді іске асырды. Айнымалы токты электр техника саласына кеңінен пайдалану шоғырланған /централизацияланған/ түрде электр энергиясын өндіруді алыс қашықтыққа жеткізуді оны таратуды және қабылдауды игерген кезеннен басталды.

Айнымалы ток деп уақытқа байланысты шамасы мен бағыты өзгеріп отыратын токты айтамыз.

Айнымалы токтың кез келген аз уақыт мезгіліндегі лездік ток деп атайды, оны і-әрпімен белгілейді.

Лездік ток (і) зарядқа және уақытқа байланысты екендігі мына қатынастан көрінеді.

і=dq/dt

Халықаралық СU жүйесі бойынша ток күшінің бірлігі ретінде ампер /А/ алынған. Айнымалы токтардың формасы әртүрлі соның ішінде көп тарағанының бір периодты токтар

Т Айнымалы ток графигі

Айнымалы токтың генераторлары туралы ұғым

Өндірістік жиіліктегі айнымалы токтың энергия көзі ретінде электр машиналы генаратор пайдаланады, оған айнымалы қозғалыс беретін бірінші қозғалыстар бу машиналары гидравликалық турбиналар және т.б. қозғалтқыштар.

1-сурет. Айнымалы ток генераторы

Электр машиналы құрылысы-суретте көрсетілген генератордың қозғалмайтын бөлігі статордан және айналатын /қозғалмалы/ бөлігі ротордан тұрады.

Көпшілік жағдайда роторда электр магнит орналасады. Ротор орамдарын оның қоздырушы орамасы дейді. Ол щеткалар мен сақиналар арқылы тұрақты көзінен қоректенеді. Жұқа электротехникалық болат қаңылтырдан құрастырылған статордың орамаларының өткізгіштері орналасады. Ротор тоғы тудырған тұрақты магнит ағыны ротордың өн бойы арқылы статор мен ротор арасында ауа саңылауы және статор орталығы арқылы өтеді. Ротор айналған кезде осы магнит ағыны статордың өткізгіштерін (орамдарын) қиып өтеді, яғни оларда ЭҚК –і пайда болады.

Ауа саңылауында магнит ағыны осы өткізгіштерге перпендикуляр болғандықтан, онда пайда болтын ЭҚК-і мынаған тең болады

e= BLU;

мұндағы:

- B-магнит индукциясы

- L-ұзындығы.

- U–магнит өрісі жылдамдығы

Генератор жұмыс істеген кезде жылдамдық u тұрақты болады. Сондықтан уақыт бойынша ЭҚК –інің өзгеруі ротор шеңберіндегі магнит индукциясының өзгеруіне ғана байланысты. Генератор құрылысын ойластырғанда ротор шеңберіндегі магнит индукциясының таралуы синусоидалы немесе соған жуық түрде болуы керек екендігі ескерілген. Сондықтан статордың орамында синусоидалық ЭҚК-і пайда болады.

Ротор бір айналған кезде, ЭҚК-інің толық Р-циклдік өзгерісі болады (мұнда Р-қос полюс саны.) Егер ротордың айналу жиілігі п-айн./мин тең болса, онда минутына Р п период болады. Сондықтан ЭҚК –інің жиілігі мынаған тең

f = Pn/60

Жиілік f=50 Гц –ке тең болған кезде бір қос полюсі бар генератордың айналу жиілігі 3000 айн/мин болуы керек.

n=50х60/1 айн/мин, ал 2 қос полюс болғанда n=50х60/2 айн/мин.

Синусоидалы ток

Синусоилдалы токтың лездік мәнін төмендегідей етіп жазуға болады.

c = I_m sin (ψ_l ) = I_m sin (ωt +ψ _l )

мұнда: I_m-токтың максимал мәні және амплитудасы.Синус аргументі (2П/T∙t +ψ_i) - фаза деп аталады. Бұрыш ψ_і бастапқы уақыт мерзімі t=0 болған кездегі бастапқы фазасына тең, сондықтан оны бастапқы фаза деп атайды.

Уақыт өтуіне қарай фаза үздіксіз өседі, фазаның өсуі 2π-ден асқанда ток өзгеруінің бір циклі қайтадан қайталанады.

ω= 2π/Т=2πf айнымалы токтың бұрыштық жиілігі

ω-радианмен өлшеніп, секундына фазаның қанша өскенін көрсетеді

(рад/сек.)

і

I_m

_T

Синусоидалы ток графигі

Бірдей жиіліктегі синусоидалы токтың графигін келтірейік, бірақ бұл токтардың амплитудалары мен бастапқы фазалары әр түрлі болсын.

Абцисса өсіне уақыт (t) және оған пропорционал шама wt салынған.

L₁ = I_m &іn (ωt +ψ₁) ψ 0

L₂ = I_m &іn (ωt +ψ₂) ψ₂ 0

Бастапқы фаза бұрышы әр уақытта синусоиданың басталар мезетінен (синусоиданың шамасы нөл болғанда, демек теріс мәннен оң мәнге ауысқан мезетінен саналады) уақыт санаудан бастапқы мезеті t=0 дейін есептеледі. (яғни координаталар басына дейін). Осы ережеге сүйене отырып, ток графигі бойынша ψ₁ 0, болғанда і₁ токтың синусоидасы координатадан солға қарай жылжыған, ал ψ₂ 0 болғанда (і₂), ток координатадан оңға қарай жылжыған.

Егер бірнеше синусоидалы функциясы бірдей жиілікпен өзгеретін болса және функциялардың синусоидасының басталуы бір-біріне сәйкес келмесе онда оларды бір-біріне қарағанда фаза бойынша ығысқан деп қарастыруға болады. Фазалық ығысуы алғашқы фазалардың айырымы

2-сурет. Екі синусоидалы ток графигі

арқылы өлшенеді. Мысалы, 2-суретте ψ₁-ψ₂ 0, яғни ток і₁ фаза бойынша і₂ тоғынан ψ₁-ψ₂ бұрышқа озады, немесе і₁ фаза бойынша і₂ тоғынан ψ₁-ψ₂ бұрышқа артта қалады. Егер бірдей жиіліктегі синусоидалы функциялардың бастапқы фазалары бірдей болса ψ₁=ψ₂ онда і₁ және і₂ фаза бойынша дәл келеді.

Егер фазалардың айырымы ψ₁-ψ₂=π тең болса, онда бұлар фаза бойынша бір-біріне қарама-қарсы.

Егер олардың фазаларының айырымы ψ₁-ψ₂=⁺ π тең болса, онда бұлар бір ширекте болады.