Тұрақты токтардағы сызықты емес өтпелі процестер

 

 

 

 

Мазмұны:

Кіріспе………………………………………………………..……..….3

I. Негізгі бөлімі:

    1.1.Тұрақты токтардағы сызықты емес өтпелі процестер……….………......4

    1.2.Өтпелі процесстің пайда болу шарттары………………………………..11

1.3.Ерікті және еріксіз процесстер…………………………………………...11

II. Қосымша бөлімі:

    2.1.Коммутация заңдары……………………………………………………...12

    2.2.Конденсатордың зарядталуы мен зарядталмауы………………………..12

    2.3.Rl тізбектегі өтпелі процесстер………………………………………….16

2.4.Бастапқы фазадағы кернеудің өтпелі процесске ықпалы………………16

III. Есептін қойылымы

   3.1 Есептің берілгені мен шешімі …………….…………………………..…18

    3.2 Есептің қойылымы мен шешімі………………...........………….….……21

    3.3 Есеп қойылымы мен шешімі…………………………………....………..24

Қорытынды…………………………………………………………..….……...26

Пайдаланған әдебиеттер тізімі…………………………………….…...……….27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

      Қазіргі  уақытта электр энергиясы барлық  өнеркәсіп салаларында, транспортта,  ауыл шаруашылығында, үй тұрмысында, тағыда басқа халықтың тұрмыс  қажетіне кеңінен пайдаланылады.

      Электр  техникасы деп электр магниті  құбылыстарын практика жүзінде  кең салаларда қолданылуын айтамыз.  Барлық электр техникасы салалары  бір-бірімен байланысты болғандықтан, техникалық жоғарғы  оқу орындарында  «Электр техникасының теориялық  негіздері » курсын ашуға тура келді. Бұл курс әр түрлі электр техникасы пәндерінің негізі болып есептеледі.

       Осы  курстың негізгі бір міндетті  ол құбылыстарды токтар, кернеулер,  қуаттар, магнит ағындары т.б.  түсініктер арқылы есептеу, зерттеу.  Сондай ақ тағы бір атқаратын міндетті, ол әр бір құбылыстарды электр кернеулігі, магнит өрісінің индукциясы, қуат ағындары, т.б. түсініктер арқылы есептеу, зерттеу. Осы міндеттердің біріншісі тізбектерді есептеу мен зерттеуге, ал екіншісі электр магниті өрістерін есептеуге, зерттеуге арналған.

       Электр  техникасының өсіп дамуы электр  магниті құбылыстарын жете зерттеуді,  оқып білуді, практика жүзінде  пайдалануды керек етеді.Осы зор  еңбекте, ізденуде, көптеген жаңалықтарды  ашуда орыс инженерлерінің , ғалымдардың  қосқан үлесі аз емес. Олар шет елдердің көрнекті ғалымдарымен бірлесе отырып электр техникасының маңызды салаларының бастамасына жол ашты. Осы бастаманы бастағандардың бірі М. В. Ломоносов. Ол атмосфера электрі атты теориясын құрды. Заттың салмағының сақталу және қозғалыс заңдарын ашты.

        А. Вольта (Италия физигі) ойлап  тапқан гальваникалық элементтер  бағанасынан кейін электр тогын  алуға мүмкіншілік туды. 1802 жылы  В. В. Петров электр тізбегіндегі  процестерді зерттеп электр доғасын  ашты және осыларды іс жүзінде жарық шығаруға, металды балқытуға, металдарды пісіріп жалғастыруға пайдалануға болады деген көзқарасын айтты.

        1845 жылы неміс физигі Г:Кирхгов тармақталған электр тізбектеріне арналған негізгі заңдарын айтты.Сондай-ақ,осы заңдар Кирхгов атымен аталып теориялық  және практикалық электр техникасының дамуына зор әсер етті.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Негізгі бөлім

 

1.1 Тұрақты токтардағы сызықты емес өтпелі процестер

 

   Сызықты емес  электр тізбегі деп электр  тізбегіндегі кедергісі, индуктивтігі  және сыйымдылығы ең болмаса олардың бір бөлігіндегі мәндеріне немесе токтардың бағытына және тізбектің сол бөлігіндегі кернеуіне тәуелділіктерін айтамыз.

    Қысқаша айтқанда, электр тізбегінде сызықты емес  элемент болса, оларды сызықты  емес электр тізбегі деген  ұғым қабылданған, яғни тізбектегі элементтің вольт-амперлік сипаттамасы сызықты емес болып келеді.

    Электр тізбектерінің  сызықты емес элементтерін, олардың  сипаттамаларына қарай екі негізгі  топқа бөлуге болады: симметриялы  және симметриялы емес. Симметриялы  деп ол сызықты емес элементтердің вольт-амперлік сипаттамаларын, ондағы токтардың бағыттарына және олардың қысқыштарындағы кернеулеріне тәуелді емес екенін айтамыз. Осы элементтерге жататындар: электр шамдары, бареттерлер, терморезисторлар және т.б. Симетриялы емес деп сызықты емес элементтердің вольт-амперлік сипаттамаларының токтардың әртүрлі бағыттарында және қысқыштарындағы кернеулерде бірдей емес екенін айтамыз. Мысалға осындай сызықты емес элементтер ретінде әртектес электродтарындағы (мыс-көмір, темір-сынап), электр доғаларын, триодтарын (шала өткізгіш, шамды), вентильдерді және т.б. қарастыруға болады.

    Сызықты емес  кедергілер екі үлкен топқа  бөлінуі мүмкін: басқарылмайтын, басқарылмалы  сызықты емес кедергілер (СЕК). Басқарылмалы  СЕК-дің басқарылмайтын СЕК-ден айырмашылығы – ереже бойынша оның негізгі тізбегінен басқа қосымша немесе ең аз дегенде бір басқараушы тізбегі болады. Ол негізгі тізбектегі токқа немесе кернеуге көрсеткен әсерімен вольт-амперлік сипаттамаға өзгеріс енгізуі мүмкін. Басқарылмайтын СЕК бір ғана В.А.С. бейнеленген болатын болса, ал басқарушыда қисық үйірлер кездеседі.

    Бірінші топқа  жататын басқарылмайтын СЕК-терге:  электр доғасы, бареттер, газотрон, стабиловольт, тирит кедергілері,  қыздырғыш қылсымды шам, шала  өткізгішті түзеткіштер (диодтар), тағы кейбір СЕК-тер жатады.

    Екінші топқа  жататын басқарушы СЕК-терге:  үш электронды (одан да көп)  шамдар, транзисторлар, тиристорлар,  терморезисторлар және т.б. элементтер  кіреді.

    Кейбір элементтердің  вольт-амперлік сипаттамаларын қарастырайық.

 

 

 

 

б Rб

 

                              Rб (U) 

                     

                                 Iб(U)

  

 

 

0               Uн                Uк             U   

 

               4.1-сурет.

Бареттердің В-А сипаттамасы

 

 

   U

 

 

 

 

 

       I

    0 

                    4.2-сурет

   Терморезисторлардың  В-А сипаттамасы

 

    Бареттердің  вольт-амперлік сипаттамасы (токты  тұрақтандыру үшін пайдаланылады)  кейбір шекара қысқыштарындағы  кернеуі өзгерсе, ток I (U) өзгермей қалады да, токтың ұлғаюына қарай бареттердің кедергісі өседі (4.1-сурет).

    Электр тізбегіндегі  кернеуді тұрақтандыру үшін терморезисторларды  қосады, олардағы температураның  көбеюіне қарай оның кедерісі  азаяды (4.2-сурет).

    Терморезисторлар  әртүрлі сұлбаларға қосып, көбінде температураны өлшеу және реттестіру немесе температураны қарымталау (компенсация жасау) үшін т.б. пайдаланылады.

 

           I I I

 

  U           U U

                                

а)                б)                                   в)

 

           I    I                                     I

 

 U                                  U                                     U 

 

г) д)                                     е)

           I   I                                     I

 

   U      U                                      U

 

 

ж) з) и)

 

4.3-сурет.

Сызықты емес элементтердің  В-А сипаттамалары

 

    4.3-суретте  басқарылмайтын сызықты емес  кедергілердің (СЕК) жиі кездесетін  типті вольт-амперлік сипаттамалары (В.А.С.) берілген.

4.3а-суретте қыздырғыш  металл қылсымды шамның В.А.С.  түрі келтірілген, мұнда қылсым  арқылы өтетін ток болса, соғұрлым  қылсым күштірек қызады және  оның кедергісі көбейеді.

    Егер абсцисса  өсіне салатын шаманы Х арқылы, ал ординат өсіне салатын шаманы f(x) деп белгілесек, сонда 4.3а-суреттегі сипаттама f(x)=-f(-x) шартына бағынатын болады, яғни сипаттама координат басына қатысты симметриялы болып келеді.

    4.3б-суреттегі  тиритті кедергінің кейбір терморезистор  типті және көмір қылды қыздырғыш шам кедергілерінің В.А.С. кездеседі. Осындай берілген топтарға тән кедергілерде өтетін ток ұлғайса, олардың кедергісі азаяды және В.А.С. симметриялы болады.

    4.3в-суреттегі  В.А.С. типтері өткендегімен салыстырғанда  симметриялы емес. Оларға жататындар шала өткізгішті  (кремнийлік, германиялық) түзеткіштер айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру үшін кең қолданылады. Олар әртүрлі датчиктерге және автоматика құрылғыларының түрленгіштерінде кеңінен пайдаланылады.

    4.3г-суреттегі  В.А.С. типтерінде әртектес электродты электр доғасы, газотрон және кейбір типті терморезисторлар бар. Егер кернеуді нөлден бастап ұлғайтса, онда ток алғашында ұлғаяды ла, сосын өте аз күйінде қалады, одан әрі кернеу Ц жеткенде (тұтану кернеуі) тізбектегі ток тез ұлғая бастайды және электр доғасындағы немесе газотрондағы кернеу төмендейді.

    Жоғары бөліктегі  В.А.С. үшін сызықты емес кедергідегі  токтың өсішесіне (приращение) кернеудің  кемуі лайықты келеді және  оны вольт-амперлік сипаттаманың  еңістік телімі деп атайды.

    Электр доғасын  метелдарды пісіруге, электротермияда  (доғалық электр пештерінде) және  қуатты электр жарықтандыру көзі  ретінде, мысалы жарықтандырғышта  кеңінен пайдаланады.

    Газотрон дегеніміз  – асыл газдарға (неон, аргон т.б.) немесе сынап буларына толтырылған екі электронды шам.

    4.3д-суреттегі  типті екі электронды түзеткіш-кенетронның  В.А.С. келтірілген. Шамның бір  электронында (катодында) қызу қылы  бойынша ток өтеді де, сол катодты  жоғары температураға дейін көтеріп  қыздырады, соның нәтижесінде электрод бетінде термоэлектрондық эмиссия құбылысы басталады.

    Кенетронның  В.А.С. симметриялы емес себебі  – электрондар ағыны анодқа  қарай бағытталуы тек анодтың  катодқа қарағанда оң таңбалы  екендігін ғана түсіндіреді.

    4.3е-суреттегі  В.А.С. түрінде солғын разрядты шам ие болады. Осыларға жататындар – стабилотрондар және неон шамдары. Солғын разряд кезінде шамға толтырылған асыл газдар жарық шығарады. Іс жүзінде белгілі ток және кернеу мәндерінің ауқымында В.А.С.өзгеріссіз қалады.

    Кейбір нүктелік германий және кремний типті диодтар 4.3ж-суретте В.А.С.-ның түрі көрсетілген.

    4.3и-суретте  туннельді диодтың В.А.С. және 4.3з-суретте төрт қабатты германий (кремний) диодты тринистордың В.А.С. бейнеленген.

    Электронды  шамдар және транзисторлар осы заманғы электротехника саласында өте жиі қолданылады, олардың В.А.С.-тары сызықты емес болып келеді.

    Сызықты емес  В.А.С.-тарын көп жағдайда электр  тізбектеріне есептеу және зерттеу  жұмыстарын жүргізгенде, графикалық-аналитикалық  әдістер қолданылады, олардың негізі ретінде Кирхгоф заңдары қойылған. Егер вольт-амперлік сипаттамаларды жеткілікті дәрежедегі дәлдікте аналитикалық функция арқылы көрсете алсақ, онда аналитикалық есептеудің әдісі қолданылуы мүмкін.

    Сызықты емес  электр тізбектерін есептеу кезінде статикалық және дифференциалдық сызықты емес элементтердің кедергілеріне ұғымдар енгізіледі.

    4.4-суретте  сызықты емес элементтің вольт-амперлік  сипаттамасы көрсетілген, ол ток  және кернеу масштабы бойынша салынған. Элементтің жұмыстық тәртібі «а» нүктесінде берілген деп санаймыз. «ав» кесіндісі арқылы өлшенетін кернеудің «ав» кесіндісімен өлшенетін токқа қатынасы кейбір масштабы бойынша берілген нүктедегі статикалық кедергіні анықтайды.

    Осы 4.4-суреттен  бұл кедергінің ток өсімен  «а» нүктесін координат басын  қосатын түзу арасындағы тангенс  бұрышына пропорционал екенін көруге болады, яғни .

 

 

 

 

 

U                   а

                 

     

                                                                       4.4-сурет                        

 

 

            

0                    в                           I

             

   Тізбек бөлігіндегі кернеу өсімше шегінің сондағы ток өсімше шегіне қатынасы немесе кернеуден ток бойынша туындысы сол масштабында дифференциал кедергісін анықтайды. Бұл кедергі вольт-амперлік сипаттаманың «а» нүктесіне жүргізілген жанама мен ток өсі арасындағы тангенс а бұрышына пропорционал, яғни вольт-амперлік сипаттамасының түзу сызықты бөлігі үшін дифференциал кедергі, кернеудің соңғы өсімшесі токтың соңғы өсімшесінің қатнасына тең, яғни .