Grandinių konspektas
1.Omo ir kirchoho dėsniai
Omo dėsnis- nuolatinė srovė I, tekanti grandinės dalimi, yra tiesiog proprcinga proporcinga tos grandinės dalies įtamapai U ir atvirkščiai proporcinga jos varžai R.
Priklausomybė U=f (I) vadinama voltamperine farakteristika. Kai imtuvo R=const, jos grafinis vaizdas yra tiesė
Pritaikę Omo dėsnį elementariajai grandinei gauname:
Šaltinio EVJ yra lygi sumai imtuvo įtampos ir įtampos kritimo šaltinyje dėl jo vidinės varžos. Imtuvo įtampa yra ir šaltinio gnyptų įtampa:
U= E – Ri I
Šaltinio įtampos priklausobybė nuo jo srovės U= f (I) vadinama šaltinio iišorine charakteristika.
Kirchoho dėsniai:
I dėsnis- elektrinės grandinės mazgo srovių algebrinė suma lygi nuliui:
Teigiamomis laikome sroves, ištekančias iš mazgo, o neigiamomis – įtekančiomis į mazgą.
II dėsnis- elektrinės grandinės kontūro įtampų algebrinė suma yra lygi nuliui:
Kai grandinėje yra EVJ šaltinių, patogu taikyti šiek tiek kitokią lo išraišką:
.
Šaka yra grandinės dalis, kuria teka ta pati srovė. Trijų ar daugiau šakų sujungimo vieta yra vadinama mazgu.
2. Galia, galios balansas.
Šaltinis tiekia tuo daugiau energijos , kuo didesnė jo EVJ ir kuo didesnis krūvis pernešamas ggrandine.
Imtuve suvartojama tuo daugiau energijos, kuo didesnis jame įtampos kritimas ir kuo didesnis juo pernešamas krūvis.
W = Uit.
Energija, suvartojama šaltinyje dėl jo vidinės varžos, vadinama energijos nuostoliais.
Wd = Ri I2 t.
Energijos pokytis per laiko vienetą yra galia.
Pritaikę elementariajai grandinei eenergijos tvermės dėsnį, galime parašyti jos energijos balanso lygtį:
Ws = W+ Wd;
Padalije šią lygtį iš laiko, gausime galios balanso lygtį:
Ps = P+ Pd;
Čia Pd – nuostolių dėl šaltinio vidinės varžos galia.
Kai grandiėje šaltinių ir imtuvų yra ne po vieną, jų galia sudedama.
3. Nuoseklus ir lygegretus imtuvų jungimas.
Nuosekliai sujungti imtuvai. Nuosekliai sujungtus imtuvus galima pakeisti vienu ekvivalentiniu, kurio varža Re turi būti tokia, kad grandinės srovė po pakeitimo būtų ta pati.
ReI= R1I+ R2I+ R3I
Bendruoju atveju kiekvieną nuosekliai sujungtų imtuvų grandinę galima pakeisti ekvivalentiniu imtuvu, kurio varža lygi visų imtuvų varžų sumai:
.
Ekvivalentinio imtuvo galia yra visų imtuvų galių suma:
Nuosekliai sujungtais vadinami tokie grandinės elementai, kuriais teka ta pati srovė.
Lygegrečiai sujungti imtuvai. Lygegrečiai sujungtų imtuvų grandinę galima pakeisti ekvivalentiniu imtuvu, kkurio varža Re turi būti tokia, kad juo tekėtų ta pati srovė I.
Bendruoju atveju lygegrečiai sujungtų imtuvų ekvivalentinis laidumas lygus jų laidumų sumai:
Ekvivalentinio imtuvo galia yra lygi lygiagrečiai sujungtų imtuvų galių sumai:
Kai imtuvų vardinė įtampa lygi tinklo įtampai, jie visada jungiami lygegrečiai. Tuo atveju kiekvienas imtuvas dirba vardiniu režimu, ir jo režimas nepriklauso nuo kitų imtuvų įjungimo, atjungimo ar režimo pakeitimo.
4. Superpozicijos metodas.
Superpozicijos principas galioja įvairioms tiesinėms fizikinėms sistemoms:jei sistemą veikia keli nepriklausomi faktoriai, tai šio poveikio rezultatas yra lygus vvisų faktorių poveikių rezultatų sumai.
Superpozicijos principas galioja ir elektrinėms grandinėms:
Kiekvienos šakos srovė yra lygi algebrinei sumai dalinių srovių, kurias sukuria kiekvienas grandinės šaltinis toje šakoje.Šiuo principu pagristas superpozicijos metodas tiesinėms sudėtingosioms elektrinėms grandinėms tirti. Tyrimo nuoseklumas paprastai yra šitoks:
1. Grandinėje paliekamas vienas šaltinis, o kiti pakeičiami rezistoriais, kurių varžos lygios pašalintųjų šaltinių vidinėms varžoms.
2. Palikus kitą šaltinį, o vietoj likusių – rezistorius, vėl apskaičiuojamos visų šakų dalinės srovės, kurias sukuria kitas paliktasis šaltinis. Grandinė tiriama tiek kartų, kiek joje yra šaltinių, kol aoskaičiuojamos visos dalinės šakų srovės, kurias sukuria kiekvienas šaltinis atskirai.
3. Tikrosios grandinės srovės ir jų krytys gaunamos, algebriškai sumuojant kiekvieno šaltinio sukurtąsias dalines sroves.
Superpozicijos metodas yra gana vaizdus, bet ribotas. Juo verta naudotis kai šaltinių yra nedaug.
5. Kontūrinių srovių metodas
Konturinės srovės – tai srovės, kurios teka uždarais nepriklausomais kontūrais. Tokiais atvejais tikrąsias sroves tose šakose, kurios yra bendros dviem ar daugiau kontūrų, reikia traktuoti kaip atitinkamų kontūrinių srovių algebrines sumas.Todėl , bet kurią sudėtingą tiesinę grandinę skaičiuojant gali užtekti spręsti n= p – +1 lygčių sistemą, jei nagrinėjimuose remamasi kontūrinėmis srovėmis
Sudarinėjant lygtis grandinei iš n nepriklausomų kontūrų, laisvai pasirenkame teigiamąsias visų kontūrinių srovių krytis.
Naudodamiesi kontūrinių srovių metodu, grandinei, kurioje yra n nepriklausomų kontūrų, pagal antrąjį Kirchofo dėsnį gausime tokią tiesinių nn lygčių sistemą:
r11i1+ r12i2+r13i3+…..+r1nin=e11
r21i1+ r22i2+r23i3+…..+r2nin=e22
………………….
rn1i1+ rn2i2+rn3i3+…..+rnnin=enn
6. Ekvivalentinio šaltinio metodas.
Šis metodas taikomas, kai reikia apskaičiuoti sudėtingosios grandinės tik vienos šakos (imtuvo) srovę ar įtampą. Tiriamoji šaka išskiriama, o visa likusioji grandinės dalis pakeičiama ekvivalentiniu šaltiniu – aktyviuoju dvypoliu.
Šis metodas dar vadinamas ekvivalentinio generatoriaus metodu.
Dvipoliu vadinama elektrinės grandinės dalis, turinti du išvadus. Kai grandinės dalyje yra šaltinių, ji laikoma aktyviuoju dvipoliu.
7. Transfiguracijos metodas.
Transfiguracijos metodas – tai metodas, kai skaičiuojant elektrines grandines reikia pakeisti žvaigdže sujungtus imtuvus, į imtuvus sujungtus trikampiu.
Žvaigžde sujungtus imtuvus vadinsime tokius, kurių vieni galai yra sujungiami į bendrą mazgą, okiti galai prijungiami prie kitų grandinės imtuvų ir mazgų.
Trikampiu sujungtais imtuvais vadinsime tokius, kurių grandinė sudaro uždarą kontūrą, o kiekvienos jų poros sujungimo mazgai prijungiami prie trijų kitų grandinės imtuvų ar mazgų.
Žvaigžde ir trikampiu sujungtų imtuvų grandines galima ekvivalentiškai pakeisti viena kita taip, kad jų taškų (mazgų) A, B ir C potencialai išliktų tokie pat, vadinasi ir srovės IA, IB, ir IC nepakistų.
Keičiant trikampiu sujungtų imtuvų grandinę ekvivalentine, kurioje imtuvai sujungti žvaigžde:
Keičiant žvaigžde sujungtų imtuvų grandinę ekvivalentine, kurioje imtuvai sujungti trikampiu :
; ; ;
8. Energijos tiekimo linija
Pramonės įmonės elektros energiją daugiausiai gauna iš energetinės sistemos.
Priklausomai nuo imonės galingumo ir daugelio kitų sąlygų, vartotojui ttiekiama 110, 35, 6 arba 0,4/0,23 kv įtampos elektros energija.
Kai pramonės įmonės yra gana toli nuo elektrinės ar energetinės sistemos pastotės, įtampa paduodama į įmonės žeminančiąją pastotę, kurioje transformuojama iš 35-110 kv į 6-10 kv. Šitokios įtampos elektros energija paprastai kabelinėmis linijomis perduodama į įmonės teritorijoje esančias pastotes.Prie pastočių 6-10 kv skirstomųjų įrenginių prijungiamos kabelinės linijos, maitinančios aukštosios įtampos elektros variklius, ir transformatoriai, žeminantys įtampą iki 0,4 – 0,23 kv.
9. Sinusinės srovės efektinė ir vidutinė vertė.
Efektinė vertė. Efektinė kintamosios srovės vertė yra tokia nuolatinė srovė, kuri tame pačiame laidininke išskiria tiek pat šilumos, kiek ir kintamoji srovė per tą patį laiką.
Efektinės kintamosios sinusinės srovės vertės yra karto mažesnė už jos amplitudinę vertę.
Vidutinė vertė. Vidutinė kintamosios srovės vertė prilyginama nuolatinei srovei, laikant, kad per tą patį laiką pernešamas toks pat elektros kiekis.
Vidutinė sinusinio dydžio vertė skaičiuojama pusei periodo
10. Simbolinis metodas.
Simbolinis metodas. Pagristas vektorių išreiškimu kompleksinais skaičiais ir leidžiąs geometrines operacijas su vektoriais pakeisti algebrinėmis operacijomis su kompleksiniais skaičiais.
Simboliniam metodui būdingas vektorinių programų paprastumas ir galimumas skaičiuoti norimu tikslumu. Simbolinio metodo pranašumas ypač išryškėja, skaičiuojant ir analizuojant sudėtingas grandines, kurių negalima pakeisti nuosekliu ir lygiagrečiu jungimu. Simbolinio metodas trūkumas, lyginant
ji su vektorinių diagramų metodu, yra jo nevaizdumas.Todėl simbolinį metodą, kaip ir vektorinių diagramų metodą, galima taikyti tik tuo atveju, kai visos evj ir srovės grandinėje yra sinusinės laiko funkcijos.
11. Induktyvusis ir talpiniai imtuvai .
Reaktyviaisiais imtuvais vadiname tokius, kuriuose vyksta periodinė energijos kaita tarp jų magnetinio ar elektrinio lauko ir šaltinio. Reaktyvieji imtuvai gali būti induktyvieji ir talpiniai.
Induktyvusis imtuvas. Tekėdama induktyviuoju imtuvu kintamoji srovė sukuria kintamą magnetinį lauką. Dėl kintamo magnetinio lauko poveikio induktyviajame imtuve indukuojam saviindukcijos EVJ:
Ši saviindukcijos EVJ ppriešinasi kintamosios srovės kitimui.
Talpinis imtuvas. Jis turi kondensatoriaus savybių, todėl elektrinėse schemose vaizduojamas sutartiniu kondensatoriaus ženklu.Talpiniame imtuve, prijungus jį prie kintamos įtampos u (t), sukaupiamas elektros krūvis.
12. Rezonanso reiškiniai tiesinėse grandinėse.
Induktyvinės ir talpuminės varžos, taip pat induktyviniai ir talpuminiai laidumai gali vienas kitą kompensuoti, todėl galimi tokie atvejai, kada grandinės, turinčios reaktyvinių elementų, atstojamoji reaktyvinė varža ir atstojamasis reaktyvinis laidumas lygūs nuliui, ir srovė grandinėje sutampa faze su įtampa, prijungta prie tos grandinės gnybtų. Jei srovė grandinėje, nežiūrint į tai, kkad joje yra reaktyvinių varžų, faze sutampa su įtampa, prijungta prie tos grandinės, tai grandinėje yra rezonansas.
Šiaip rezonanso reiškiniai gali vykti įvairiose fizikinėse sistemose.
Įtampų rezonansas. Šis rezonansas gali vykti grandinėse, kuriose yra nuosekliai sujungti aktyvaus, induktyvaus bei talpinio pobūdžio imtuvai.
Įtampų rrezonanso sąlyga:
X= XL – XC= 0 arba XL= XC.
Įtampų rezonanso metu įtampos induktyviajame ir talpiniame imtuve yra vienodų amplitudžių, bet piešingų fazių. Įtampų rezonansas gaunamas keičiant ritės induktyvumą, keičiant kondensatoriaus talpą, keičiant tinklo dažnį
Srovių rezonansas. Srovių rezonansas gali vykti lygiagrečiai sujungtų imtuvų grandinėje, kai vienas iš imtuvų yra induktyvaus, o kitas – talpinio pobūdžio. Rezonanso sąlyga:
BL = Bc.
Srovių rezonansas atpažįstamas iš to, kad grandinėje teka silpniausi srovė.
Srovių rezonansui grandinė suderinama keičiant: 1) induktyvumą L; 2) talpą C; 3) tinklo dažnį.
13. Kintamos srovės galia.
Jei grandinė sudaryta iš trijų nuosekliai sujungtų idealių imtuvų, tai grandinės kompleksinė galia S apskaičiuojama padauginus kompleksinę įtampą iš jungtinės kompleksinės srovės.
Kompleksinės galios realioji dedamoji yra aktyvioji, o menamoji – reaktyvioji galia.
Induktyviojo ir talpinio imtuvo momentinės galios kkinta priešingomis fazėmis, todėl grandinės kompleksinę galią galime užrašyti taip:
S =P+j (L – C)
Matosi, kad grandinės reaktyvioji galia yra lygi induktyviosios ir talpinės galių skirtumui.
14. Galios koeficientas.
Jis turi didelę ekonominę reikšmę eksploatuojant ne tiktai vienfazius, bet ir trifazius elektros tinklus. Kai galios koeficientas (cos ) nepakankamai didelis, tenka didinti linijinių laidų skerspjūvį, šaltinių galią.
Trifazių asinchroninių variklių galią sudaro 60 – 70 %, visos reaktyviosios energijos.
Grandinės galios koeficientui pagerinti būtina tobulinti technologinį procesą. Reikia, kad asinchroniniai varikliai kuo trumpesnį laiką ddirbtų tuščiai ar mažiau apkrauti, o, jei įmanoma, netgi pakeisti mažai apkrautus mažesnės galios varikliais. Tačiau dažniausiai šios priemonės yra nepakankamos, ir reaktyviajai energijai kompensuoti yra naudojami energijai kompensuoti yra naudojami sinchroniniai varikliai ir kondensatorių baterijos.
15. Savitarpio induktyvumas.
Induktyvumus apibrėžia surištasis srautas, t y. elektrinio kontūro induktyvumui apskaičiuoti reikia nustatyti surištų su kontūru atskirų magnetinės indukcijos linijų pilną skaičių.
Kintant srovei kontūre, kinta savasis surištasis srautas.
Pavienio kontūro, kuriuo teka srovė, (arba ritės) induktyvumas yra dydis, charakterizuojantis surištojo srauto ir srovės ryšį, ir savo skaitine reikšme lygus surištojo srauto santykiui su srove
Tuštumoje ir neferomagnetinėse medžiagose šis santykis tam pačiam kontūrui išlieka nepakitęs nepriklausomai nuo srovės ir surištojo srauto dydžių.
Tiriant dviejų ryčių sistemos konstrukciją, gaunamas proporcingumo koeficientas, kuris priklauso nuo tiriamos ryčių sistemos konstrukcijos ir vadinamas savitarpio induktyvumu.
16.Transformatoriai.
Transformatorius yra statinis elektromagnetinis įtaisas, skirtas kintamosios srovės elektros energijos parametrams keisti nekeičiant jos dažnio. Transformatoriaus veikimas yra pagristas jo dviejų ar daugiau apvijų abipusės indukcijos reiškiniu.
Didžiausią transformatorių grupę sudaro jėgos transformatoriai, kurie perduoda šaltinio elektros energiją imtuvams, pakeisdami kintamosios įtampos didumą.
Svarbiausi transformatoriaus parametrai:
a) Paso duomenys.
b) Išorinė charakteristika.
c) Naudingumo koeficientas.
Transformatorių tipai:
a) Autotransformatorius.
b) Daugelio apvijų transformatoriai.
c) Specialieji transformatoriai:
– suvirinimo transformatoriai,
– matavimo transformatoriai.
Gali būti trifaziai arba vienfaziai transformatoriai
Pase įrašomi ir tuščio eigos bei trumpo jungimo bandymų rezultatai.
17. Nesinusinio dydžio efektinė ir vidutinė reikšmė.
Sinusinės srovės efektinė reikšmė yyra lygi tokiai nuolatinei srovei, kuriai tekant, išsiskiria tiek pat šilumos, kiek ir tekant kintamai srovei ta pačia varža ir tą patį laiką, lygu periodui T.
Nesinusinės periodinės kreivės apibūdinamos amplitudės koeficientu, taip pat iškraipymų koeficientu.
Skaičiuojant vidutinę nesinusinio dydžio vertę visam periodui gaunama, kad ji yra lygi nuolatinei dedamajai. Vidutinė galios vertė yra aktyvioji galia.
Visos grandinės aktyviąją galią galima apskaičiuoti sudedant visų harmonikų aktyviąsias galias.
18.Diskretinis spektras.
Diskretinis spektras vadinamas todėl, kad grafike pateikiamos amplitudės yra tam tikroms farmonikoms ir nėra tarpinių duomenų.
Įtampos kitimo dėsnis:
U = U0 + U1m sin (t + 1) + U2m sin (2t + 2) +…+ Ukm sin (t + k);
Diskretinio spektro grafikas:
19. Nesinusinių srovių grandinių skaičiavimas.
Tiesinės nesinusinės evj grandinės skaičiuojamos, remiantis superpozicijos principu.
Nesinusinės evj šaltinį galima pakeisti nuosekliai sujungtais nuolatinės evj ir atitinkamų dažnumų sinusinių evj šaltiniais. Nagrinėjant kiekvieno šaltinio veikimą atskirai, galima apskaičiuoti srovę kiekvienoje grandinės dalyje žinomais metodais.
Sprendžiant uždavinius labai svarbi reaktyvinės varžos priklausomybė nuo dažnumo.
Srovės sinusines dedamąsias galima apskaičiuoti simboliniu metodu ir nubraižyti vektorines diagramas.
Tačiau bendrosios srovės negalima apskaičiuoti, sudedant įvairių dažnumų dedamųjų kompleksus ar vektorius.
Skaičiavimams palengvinti kartais nesinusinės srovės ir įtampos pakeičiamos ekvivalentinėmis sinusinėmis, kurių efektinės reikšmės tokios pat.
20. Elektrinių filtrų veikimo principas.
Didėjant dažnumui, induktyvinė varža didėja, talpuminė – mažėja. Srovė induktyvinėje varžoje aatsilieka nuo įtampos faziniu kampu talpuminėje varžoje tokiu kampu įtampa atsilieka nuo srovės.
Šios važų savybės panaudojamos praktikoje, konstruojant įvairios paskirties elektrinius filtrus.
Jei įjungsime ritę ir kondensatorių lygegrečiai imtuvui, tai jų veikimaas nurodyta linkme būtų labai efektyvus. Tokio tipo filtrai vadinami žemųjų dažnių filtrais. Šie filtrai dar naudojami kintamajai srovei lyginti ir todėl vadinami išlyginančiaisiais.
Filtrai naudojami šitokiam tikslui:
esan duotai nesinusinei šaltinio įtampai, gauti reikiamos formos srovę imtuve.
Naudojant vienu metu kelis kontūrus, galima dar labiau susilpninti išėjimo įtampos k-tąją harmoniką.
Tokio tipo filtras vadinamas užtvariniu.
21. Trifazės sistemos generatoriai ir imtuvai.
Šiuo metu elektros energijai gaminti, perduoti ir paskirstyti pritaikyta trifazė sistema: naudojami trifaziai generatoriai, transformatoriai, perdavimo linijos ir paskirstymo tinklai. Plačiai panaudojami trifaziai imtuvai.
Trifazė simetrinė evj sistema gaunama trifaziame generatoriuje, kuris turi tris savarankiškas apvijas, pasuktas erdvėje viena kitos atžvilgiu 1200 kampu. Jei visų apvijų vijų skaičius yra vienodas, tai, sukantis rotoriui, visose apvijose indukuojamos vienodo dydžio evj.
Kai evj vektoriai sukasi prieš laikrodžio rodyklę, tokia kaitaliojimosi tvarka vadinama tiesiogine fazių seka. Generatoriaus rotoriui sukantis priešinga krytimi, gaunama atvirkštinė fazių seka.
Elektros energijos imtuvai – elektros varikliai, elektros lempos ir panašiai. – su elektros stotyse įrengtais generatoriais paprastai tiesiogiai nesujungiami.
Elektros energijos kelyje iš generatoriaus į imtuvą stovi transformatoriai, kuriais įtampa elektros tinkle
keičiama ne vieną kartą. Nurodytiems imtuvams elektros energijos šaltiniai dažniausiai būna trifaziai transformatoriai, kurie generatorių atžvilgiu patys yra energijos imtuvai.
22. Simetrinių elektros grandinių skaičiavimas.
Trifazė sistema vadinama simetrine, jei jos visų fazių kompleksinės varžos vienodos.
Trifazių grandinių skaičiavimo tikslas – nustatyti srovę, įtampą ir galingumą imtuvų fazėse, kai žinomos fazinės šaltinio įtampos. Gali būti ir atvirkščias uždavinys.
Kai šaltinis ir imtuvas sujungti žvaigžde. Sujungus žvaigžde, trifazė sistema yra elektrinė grandinė su dviem mazgais – neutraliais taškais N ir N/. Šiuo atveju ppatogiausia skaičiuoti mazginės įtampos metodu. Mazginiam taškui N ir N/ tinka lygtis pagal pirmąjį Kirchofo dėsnį: IA+ IB+ Ic= IN.
Kai apkrova simetrinė, nebūtina skaičiuoti visas tris fazes. Pakanka apskaičiuoti vieną fazę.
Kai šaltinis ir imtuvas sujungti trikampiu. Šiuo atveju schema yra išsišakojusi ir sudaryta iš daugelio kontūrų. Tokios grandinės skaičiavimas žymiai supaprastėja, jei atsižvelgiama į laidų varžą.
Jei žinoma trifazė įtampų sistema, prijungta prie imtuvo, tai srovės nesimetriniame imtuve surandamos kiekvienoje fazėje atskirai iš žinomų formulių:
čia zAB, zAB, zAB, – fazių pilnos vvaržos.
Kai fazių apkrova simetrinė, pakanka apskaičiuoti vieną fazę.
23. Nesimetrinių trifazių grandinių skaičiavimas.
Nesimetrinę trifazę srovių sistemą galima atvaizduoti trijų simetrinių sistemų suma. Vienos iš jų fazių seka tiesioginė, (A1 B1, C1) kitos – atvirkštinė(A1, B2, C3). Trečioji sistema, vadinama nuline fazių ssekos sistema, susideda iš trijų lygių, faze sutampančių dydžių (A0, B0, C0).
Nesimetrinės sistemos vektorius išreikšime simetrinėmis dedamosiomis
A = A1 + A2 + A0
B = B1 + B2 + B0
C = C1 + C2 + C0
Nesimetrinės sistemos vektorių skaidymas į simetrines dedamąsias naudojamas trifazių grandinių nesimetrinių režimų skaičiavimui ir analizei, kai apkrova simetrinė, bet evj sistema nesimetrinė: esnt vienfaziams ir dvifaziams trumpiesiems jungimams, nutrūkus simetrinių evj sistemų grandinėse linijos laidams ir t.t.
Jei, esant nesimetriniam režimui, vienoje ar dviejuose fazėse srovės nėra, tai reiškia, kad tų fazių srovių trijų simetrinių dedamųjų suma lygi nuliui.
24. Besisukantis magnetinis laukas.
Kai rotorius sukasi pastoviu greičiu, magnetinis laukas besisukančiame poliuje, pastovus laiko atžvilgiu ir nejuda poliaus atžvilgiu, bet kiekviename oro tarpo taške magnetinė indukcija kinta sinusiniu dėsniu llaiko atžvilgiu. Be to, magnetinė indukcija įgauna savo didžiausią reikšmę Bm kiekviename oro tarpo taške, kai tas taškas atsiranda ties poliaus viduriu.
Nejudančio statoriaus atžvilgiu magnetinis laukas sukasi kartu su poliais.
Sukamąjį magnetinį lauką taip pat galima gauti, panaudojant nejudančių apvijų sistemą, jei apvijose teka sinusinės srovės, kurių fazės sutampa.
Kad pilniau suprasti sukamojo magnetinio lauko ypatumus, naudinga paanalizuoti vienfazės, dvifazės ir trifazės apvijų magnetinius laukus.
Vienfazės apvijos magnetinis laukas. Magnetinė indukcija savo didžiausiaą reikšmę įgauna ne tame pačiame erdvės taške, kaip tekant apvija nnuolatinei srovei, o slenka išilgai oro tarpo teigiama kryptimi kampiniu greičiu
Ši pulsuojančio lauko dedamoji yra lauko, kuris sukasi pagal laikrodžio rodyklę, magnetinės indukcijos tiesioginė banga. Todėl, pulsuojantį magnetinį lauką galima išskaidyti į du apskritiminius laukus, kurie sukasi vienodais greičiais priešingomis kryptimis.
Dvifazės apvijos magnetinis laukas. Dvifazės apvijos magnetinį lauką gauname, kiekvienos fazės pulsuojančio lauko magnetinę indukciją atvaizdavus jos sukamosiomis dedamosiomis.
Lauko magnetinės indukcijos dedamųjų, besisukančių tiesiogi kryptimi, suma lygi dvifazės apvijos suminio lauko indukcijai.
Trifazės apvijos magnetinis laukas. Jei trifazė apvija statoriaus apskritime išdėstyta simetriškai, tai, esant simetrinei srovių sistemai, magnetinis laukas joje yra apskritiminis.
25. Elektrinių grandinių komutacijos dėsnis
Komutacija vadinsime elektrinės grandinės įjungimą, išjungimą, perjungimą ar labai staigų parametrų keitimą. Laikoma, kad komutacija įvyksta per laiką t=0, bet išskiriamos laiko prieš komutaciją – t=(0_) ir laiką po komutacijos – t=(0+). Pereinamasis procesas prasideda tuoj po komutacijos.
Komutacijos dėsniai yra du . I . Idealios ritės srovė prieš komutaciją ir po jos yra ta pati. Tai užrašoma taip: iL(0-)=iL(0+).
II. Kondensatoriaus įtampa prieš komutaciją ir po jos yra ta pati: uC(0-)=uC(0+).
Pereinamojo proceso baigties sąlygomis paprastai vadinamos elektrinių dydžių nusistovėjusios vertės, kurios pasiekiamos pasibaigus pereinamajam procesui. Praktiškai laikoma, kad pereinamasis procesas baigiasi, kai baigties sąlygos pasiekiamos su pakankamu tikslumu.
26. pereinamųjų procesų pobūdis
Pinamųjų procesų pobūdis būna:
Čia pavaizduotas aperiodinis pprocesas.
Čia pavaizduota periodinis švytuojantis procesas.
Visa tai apsprendžia aktyvinė kritinė Rk.
27. Pereinamieji procesai nuolatinės srovės grandinėje su kondensatoriumi
Kondensatoriaus įkrovimas. Procesas grandinėje prasideda sujungus jungiklį S.
Bet kuriuo pereinamojo proceso metu grandinei galima taikyti II Kirchhofo dėsnį:
Ric+uc-U=0 (1)
Kondensatoriumi teka srovė ic=Cduc/dt, kurią įrašę į (1), gaunamepirmos eilės diferencialinę lygtį
Rcduc/dt+uc=U (2)
Lygties sprendinys
uc=U+Ae-t/(RC) (3)
čia A – integralinė konstanta.
Pažymėkime
=RC (4)
Ši sandauga yra vadinama pereinamojo proceso laiko konstanta. Jos matavimo vienetas sekundė. Integravimo konstanta gaunama iš nulinių sąlygų: kai t=0+, uc(0)=0, iš (3) lygties A=-U. įrašę jos vertę į (3) lygtį ir ją sutvarkę, gauname įkrauto kondensatoriaus įtampos kitimo išraišką:
uc=U(1-e-t/) (5)
Iš (1) lygies srovė ic=(U-uc)/R. Įrašę uc(t) į šią lygtį, gauname srovės kitimo dėsnį:
ic=(U/R) e-1/ (6)
Abi gautos eksponentinės funkcijos pavaizduotos grafiškai.
Kondensatoriaus įtampa ir srovė atitinkamai keičiasi, kol po t= įgauna nusistovėjusias reikšmes.
Kondensatoriaus išsikrovimas.
Iškraunamas kondensatorius tampa R-C grandinės šaltiniu. Pagal omo dėsnį ic(0+)=U/R. Tai šio proceso pradinės sąlygos. Baigtinės sąlygos tai kondensatoriaus pilnas išsikrovimas: uc()=0; ic()=0.
Bet kuriuo pereinamojo proceso metu grandinei galima taikyti II Kirchhofo dėsnį:
Ric+uc=0 (7)
Kondensatoriumi teka srovė ic=Cduc/dt, kurią įrašę į (7), gaunamepirmos eilės diferencialinę lygtį
Rcduc/dt+uc=0 (8)
Lygties sprendinys uc=Ae-t/(RC), o A=U, =RC.
Kondensatoriaus įtampa iškrovimo metu:
uc=U.e-t/ (9)
Iškrovimo srovę gausime iš (7) lygties, įrašę uc išraišką:
ic=-(U/R) e-1/ (6)
28. Pereinamieji procesai nuolatinės srovės grandinėje su induktyvine rrite
Ritės prijungimas prie šaltinio.
Po komutacijos dėl saviindukcijos ritėje atsiranda EVJ, kuri priešinasi srovės kitimui. Pagl II Kirchhofo dėsnį RiL-U=-eL. Prisiminę, jog eL=LdiL/dt ir padaliję abi puses iš R, gauname tokią diferencialinę lygtį:
(L/R) diL/dt+iL=U/R (1)
Jos sprendinys:
iL=(U/R)+A.e-Rt/L (2)
Integravimo konstanta gaunama iš pradinių sąlygų t(0)=0, iL(0)=0, tai A=-U/R. Pažymėję santykį L/R= (grandinės laiko konstanta), gauname:
iL=(U/R)(1-e-t/ ) (3)
Rezistoriaus įtampa:
uR=u(1-e-t/ ) (4)
Kadangi uL=eL=U-uR, tai gauname:
uL=U e-t/ (5)
Gavome jog grandinės srovė eksponrntiškai didėja, o įtampa – mažėja.
Analogiškai skaičiuojame ir ritės trumpą jungimą.
Trumpai sujungtos grandinės srovę galima užrašyti taip:
iL=(U/R) e-t/ (6)
O ritės įtampa :
uL=-U e-t/ (7)
29. Pereinamieji procesai nuolatinės srovės grandinėje su R, L ir C elementais
Grandinės su R L ir C jungimas prie nuolatinės srovės:
Pagal II Kichhofo dėsnį užrašome užduotam kontūrui lygtį:
Šia lygtį pervedę prie atvaizdų ir apskaičiavę, gausime:
;
Prijungę šią grandinę prie nuolatinės srovės, gausime šiuos procesus:
Grandinės trumpo jungimo atveju:
Šia lygtį pervedę prie atvaizdų ir apskaičiavę, gausime:
;
Gausime šiuos procesus:
30. Pereinamųjų procesų skaičiavimas tiesinėse elektrinėse grandinėse
Pereinamojo proceso skaičiavimas prasideda nuo kontūrų pasirinktos krypties užsidavimo uždarai grandinei, bei taškų atidėjimo. Diferancinės lygtys yra rašomos kiekvienam kontūrui, o taškams rašoma viena diferencialine lygtimi mažiau, nei tų taškų atidėjome.
Diferencialinėms lygtims gauti dar turime pritaikyti komutacijos dėsnius ir įvertinti nulines sąlygas.
Taškams aprašyti naudojamas I
Kirchhofo dėsnis:
Elektrinės grandinės kontūro algebrinė suma yra lygi nuliui (II kirchhofo dėsnis):
Gali būti taikomas ir Omo dėsnis:
i=E/R
Diferencialinių lygčių turi būti tiek, kiek grandinėje yra skirtingų srovių. Šios diferencialinės lygtys pervedamos į atvaizdų lygtis.
Pritaikę skaidybos formulę, iš ieškomo dydžio atvaizdo randame jo priklausomybę nuo laiko.
30. pereinamieji procesai kintamos srovės tiesinėse grandinėse
Induktyvinės ritės prijungimas prie šaltinio.
Aktyvioji varža – R;
Induktyvioji – XL=L;
Jungiklis S ritę prijungia prie kintamos u=Umsin(t+u), u – pradinė fazė;
Nusistovėjusiame rėžime sinusinė srovė iL()=ILmsin(t+u-);
Amplitudė ;
Fazių skirtumas iš varžų skirtumo =arctg(L/R);
Pagl II KKirchhofo dėsnį RiL-U=-eL. Prisiminę, jog eL=LdiL/dt ir padaliję abi puses iš R, gauname tokią diferencialinę lygtį:
(L/R) diL/dt+iL=U/R (1)
Jos sprendinys:
iL= ILmsin(t+u-)+A.e-Rt/L (2)
Integravimo konstantą gauname iš pereinamo proceso pradinių sąlygų (t=0):
iL(0)= ILmsin(u-)+A=0 , A= -ILmsin(u-);
Gauname srovės išraišką:
iL= ILmsin(t+u-)-ILmsin(u-) e-t/ (3)
i’L – nusistovėjusi grandinės srovė;
i”L – gęstanti eksponentinė funkcija.
Kondensatoriaus prijungimas prie šaltinio.
Grandinė sudaryta iš aktyviojo R ir talpinio XC=1/(C). Kondensatorius iki pereinamojo proceso buvo iškrautas. Tarkime komutacija įvyksta laiko momentu t=0, kai įtampos fazė lygi u. nusistovėjusi kondensatoriaus srovė pralenkia šaltinio įįtampą faze . Kondensatoriaus nusistovėjusi įtampa atsilieka nuo srovės faze /2: (1). Šių dydžių amplitudes galime apskaičiuoti pagal Omo dėsnį: . Pagal II Kirchhofo dėsnį RiC+uC-u=0. Įrašę kondensatoriaus srovę , gauname tokią diferencialinę lygtį: . Jos sprendinys: . Integravimo konstanta gaunama, įrašius pradines sąlygas t(0)=0; uc(0)=0. Tada jos vertė RC= – laiko konstanta. Tada kondensatoriaus įtampa pereinamojo proceso metu:
.
32. Ilgosios linijos lygtys
Tiriant linijas reikia atsižvelgti tiek į linijos varžą, tiek į tą aplinkybę, kad su laidais yra susijęs magnetinis laukas ir kad linija turi induktyvumo, be to čia yra ir talpumo reiškinys. Linijos varža, talpumas, induktyvumas ebi taltumas yra vienodai pasiskirstę. Dvilaidės linijos ilgio vieneto varžą bei induktyvumą pažymėsime r ir L, o laidumą bei talpumą – g ir C. Laikysime, kad šie parametrai pastovūs.
Nagrinėdami linijos ilgio dalį dx, matome, kad įtampos kritimas toje dalyje turi susidėti iš dviejų dedamųjų: rdxi – padengiančios įtampos kritimą tos dalies varžoje, ir – atsveriančios saviindukcijos elektrovaros jėgą, susidarančią toje dalyje:
arba:
Dalies dx ppradžios ir galo srovių skirtumas susidaro dėl to, kad toje šakoje iš laido į laidą atsišakoja laidumo srovė gdxu ir slinkties srovė , t. y. :
arba:
Gavosi dvi diferencialinės lygyys su dalinėmis išvestinėmis:
tai ir yra ilgosios linijos lygtys.
33. Bėgančios bangos ilgojoje linijoje
Sinusinės bangos, vaizduojančios įtampos pasiskirstymo dėsnį, atstumas tarp artimiausių taškų įtampos fazės skiriasi kampu 2. Sinusinis įtampos pasiskirstymas arba, kaip sakoma, įtampos banga, sklinda išilgai linijos nuo jos pradžios į galą pastoviu greičiu. Vadinasi, įtampa, buvusi tam tikru laiko momentu llaisvai pasirinkto taško x įtampa, nesikeis, jeigu tas taškas išilgai linijos judės greičiu v=/; čia - fazės koeficientas. Esant tam greičiui, virpesiu fazė yra pastovi, todėl jis vadinamas faziniu bangos greičiu. Tokio pobūdžio bangos, sklindančios išilgai tam tikros krypties, vadinamos bėgančiomis bangomis.
34. Stovinčios bangos ilgojoje linijoje
Tam tikrais atvejais gaunamos linijoje stovinčios bangos:
1) Kai reaktyvinis apkrovimas;
2) Kai atvira grandinė
3) Linijoje trumpai sujungta galia
Linijoje su stovinčia banga atstume x=/2 U=0.
35. Keturpolio pagrindinės lygtys
Elektros grandinė arba jos dalis vadinama keturpoliu, jei ji turi keturis išvadus. Keturpolis, kurio sudėtyje nėra šaltinio, vadinamas pasyviuoju. Dažniausiai keturpolis žymimas stačiakampiu. Kairėje pusėje žymimi pirminiai gnybtai, o dešinėje – antriniai.
Ryšys tarp pirminių ir antrinių gnybtų srovių ir įtampų išreiškiamas keturpolio lygtimis.
Keturpolio A lygtys:
U1=A11U2+A12I2
I1=A21U2+A22I2
Keturpolio Y lygtys:
I1=Y12U1+Y12U2
I2=Y21U1+Y22U2
Keturpolio Z lygtys:
U1=Z11I1+Z12I1
U2=Z21I1+Z22I2
Tiesinėse keturpolio grandinėse galioja šios priklausomybės:
A11A22-A12A21=1
Y12=-Y21, Z12=-Z21
36. Keturpolio koeficientų nustatymas
Keturpolio A koeficientus galima apskaiciuoti pagal trumpojo jungimo ir tu62ios eigos bandymo rezultatus:
čia Z10 ir Z1k – keturpolio įėjimo varžos iš pirminių gnybtų pusės tuščiosios eigos ir trumpo jungimo atveju, Z20 – keturpoli įėjimo varža iš antrinių gnybtų pusės, kai pirminiai gnybtai atviri.
Apkrauto keturpolio įėjimo varža iš pirminių gnybtų pusės:
Kai keturpolis maitinamas iš antrinių gnybtų pusės, jo gnybtų įėjimo varža:
Varžos Z1a ir Z2a – keturpolio pirminių ir antrinių gnybtų apkrovos varžos.
37. Keturpolio perdavimo funkcijos
Keturpolio perdavimo funkcija –– tai jo išėjimo ir įėjimo dydžių vaizdų pagal laplaso transformaciją santykis. Įtampų perdavimo funkcija:
W(P)=U2(P)/U1(P).
Keturpolio dažninė charakteristiką gauname perdavimo funkcijoje, išreikštoje schemos parametrais, P pakeičiamas į j:
W(j)=A()ej();
čia A() – dažninė amplitudinė charakteristika;
() – dažninė fazės charakteristika.
38. Netiesinių nuolatinės srovės grandinių su 1 EVJ šaltiniu skaičiavimas
Jei grandinėje yra nors vienas netiesinis elementas, tokia grandinė yra netiesinė. Netiesinių grandinių tyrimas sudėtingesnis nei tiesinių grandinių, ir dažnai tenka pasitenkinti mažiau tksliais grafiniais metodais.
Charakteristikų sukirtimo metodas. Tai grafinis tyrimo metodas, kurį patogu taikyti, kai reikia sužinoti netiesinio imtuvo srovę ir įtampą.
Tarkime, kad prie šaltinio, turinčio EVJ lygią E ir vidinę varžą Ri, prijungtas netiesinis imtuvas, kurio voltamperinė charakteristika U=f(I) žinoma.
Reikia sužinoti netiesinės grandinės srovę I, šaltinio bei imtuvo įtampą U ir įtamos kritimą dėl šaltinio vidinės varžos RiI. Sprendimui užrašome dvi lygtis pagal Omo dėsnį: 1) išorinės grandinės daliai; 2) visai grandinei. Pagal omo dėsnį išorinė šaltinio charakteristika: U=E-RiI. Gavome dviejų lygčių sistemą:
U=f(I)
U=E-RiI
Dažniausiai ši lygčių sistema sprendžiama grafiškai. Dėl to šias lygtis pavaizduosime grafiškai. Šaltinio išorinė charakteristika ura tiesė, kuria nesunku nubraižyti per du būdinguosius taškus: tuščiosios eigos (I=0; U0=E) ir trumpo jungimo (U=0; Ik=E/Ri). Šių charakteristikų susikirtimo taškas A (IA,UA) yra lygčių sistemos sprendinys.
39. Netiesinių nuolatinės srovės grandinių su keletu EVJ ššaltinių skaičiavimas
Netiesinių elektros grandinių skaičiavimas pradedamas nuo kirchhofo lygčių, mazgų potencialų, kontūrų sronių ar kitais metodais lygčių sistemos parašymo. Po to pasirenkamas būdas pasirinktą lygčių sistema išspresti. Sprendimui naudojami grafiniai, grafoanaliziniai, analiziniai ir saitmeniniai metodai. Grafinis būdas, nors ir daug reikalaujantis, bet labai vaizdus. Grafo – analitinis metodas leidžia grafinius darbus sumažinti iki minimumo ir gauti tikslesnį rezultatą. Skaitmeniniai metodai yra patys tiksliausi. Jie pagrysti voltamperinių charakteristikų aproksimavimu. Šiuo atveju skaičiavimai atliekami su ESM.
Kintamūjų tikslinimo metodas. Daugiausia naudojamasi kirchhofo lygtimis. Skaičiavimo eiga:
1) Grandinei parašoma Kirchhofo lygčių sistema.
2) Laisvai pasirenkama kurios nors šakos srovė Ik.
3) Naudodamiesi Omo dėsniu paskaičiujame jikusių srovių šakų reikšmes.
4) Apskaičiuotas srovių reikšmes surašome į Kirchhofo lygtis ir patikriname: .
5) Jei lygybė netenkinama, pasirenkam naują Ik reikšmę, kad keistų ženklą arba mažėtų.
6) Apskaičiavę pakankamai reikšmių, iš priklausomybės grafiko randame tikrają srovės Ik reikšmę. Likusias reikšmes rasime iš Kirchhofo lygčių.
40. Droselis kintamos srovės grandinėje
Jei ritės magnetinis srautas ir įtampa terp jos gnybtų sinusinė, tai srovė dėl feromagnetiko grandinės soties bus nesinusinė. Ritė su plieno šerdimi, kurios vijų aktyvinė varža, sklaidos srautas, histerezė ir sukurinės srovės paneigiamos, vadinama idealia. Kadangi idealis ritės su plieno šerdimi srovė sukuria tik pagrindinį magnetinį srautą , tai ji vadinama
įmagnetinančia srove ir žymima I. Įmagnetinimo srovė i kinta sinuso dėsniu ir faze sutampa su pagrindiniu magnetiniu srautu.
Dabar nubraižysime imagnetinimp srovės kreivę, esant sunusinei įtampai, įvertinant histerezės įtaką ir vektorinę diagramą:
41. transformatorius su plieno šerdimi
Atstojamasis transformatoriaus vaizdas sudaromas, sutarus, kad visas magnetinės indukcijos linijas, susijusias su transformatoriaus apvijomis, galima suskirstyti į tris grupes: uždaras magnetinės indukcijos linijas, kurios eina šerdimi ir veria visas apvijas,sudarydamos trnsformatoriaus pagrindinį srautą 0; magnetinės indukcijos linijas, gaubiančias tik pirminę ar antrinę apvijas, einančias daugiausia oru iir sudarančias transformatoriaus pirminės ar antrinės sklaidos srutus 1s ir 2s. Sklaidos surištieji srautai: 1s=S1i1 ir 2s=S2i2 ; čia S1 ir S2 – induktyvumo konstantos, kuriomis ivertinami sklaidos srautai.
Pirminės ir antrinės grandinės lygtys bus tokios:
.
Norėdami nubraižyti redukuoto trnsformatoriaus vektorinę diagramą, užrašome redukuoto trnsformatoriaus lygtis:
U1=r1i1+jS1i1+U0;
Čia visi U, I, E ir i dydžiai – vektoriniai.
42. Rezonanso reiškiniai netiesinėse kintamos srovės grandinėse
Rezonanso reiškiniai gali vykti įvairiose fizikinėse sistemose. Gana dažnai pasitaikantis įtampos ir srovės rezonansas.
Įtampų rezonansas. Jis vyksta grandinėje, kurioje yyra nuosekliai sujungti aktyvaus, induktyvaus bei talpinio pobūdžio imtuvai.
Tokios grandinės kompleksinė varža Z=R+j(XL-XC)=Zej. Rezonznso metu Q=XLI2-XCI2=0, todėl įtampų rezonanso sąlyga yra tokia:
X=XL-XC=0, arba XL=XC (1)
Grandinei rezonanso sąlygą galime užrašyti taip: L=1/(C)
Tada Z=R. Iš II Kirchhofo dėsnio: U=UR+UC+UL=RI-jXCI+jXLI=RI. Įtampų rezonasų metu rreaktyvioji ir aktyvioji ytampos dedamosios :
Ur=UL+UC=0; Ua=Ur=U. (2)
Įtampų rezonanso metu įtampos induktyviajame ir talpiniame imtuve yra vienodų amplitudžių bet priešingų fazių; aktyviojo imtuvo įtampa lygi tinklo įtampai.
Įtampu rezonansas gali būti gautas: 1) keičiant ritės iduktyvumą L; 2) keičiant kondensatoriaus talpą C; 3) keičiant tinklo dažnį.
Srovių rezonansas. Srovių rezonansas gali vykti lygegrečiai sujungtų imtuvų grandinėje, kai vienas iš imtuvų yra C, o kitas L.
Rezonanso metu reaktyvioji galia Q=0, todėl Q=QL-QC=BLU2-BCU2=0.
Iš čia srovių rezonanso sąlyga šitokia:
B=BL-BC=0 arba BL=BC (3)
Srovių rezonansas atpažystamas iš mažiausios grandinėje srovės. Grandinei rezonanso sąlygą galime užrašyti taip:
43. Diodai, tranzistoriai, tiristoriai
Diodai. Sudaryti iš p-n sadūros. Į dvi gretimas kristalinio puslaidininkio sritis galima įterpti priemaišų taip, kad vinoje būtų elektroninis laidumas (n tipo), o kitoje – skylinis (p tipo). TTarp šių sričių susidaro pereinamoji zona, vadinama p-n sandūra. Jei sandūra būtų ideali, tiesiogine kryptimi ji praleistų srovę be įtampos kritimo, o atgaline kryptimi ji visai netekėtų, nesvarbu kokio didumo ji bebūtų.
Čia pavaizduota p-n sandūros voltamperinėcharakteristika.
UF ir IF tiesioginis pralaidumas;
UR ir IR atgalinis pralaidumas;
a-b atgalinės soties srovė;
b-c elektrinis pramušimas;
c-d pramušimas po kurio puslaidininkis nebetinkamas naudoti.
Tranzistoriai. Tranzistorius – tai stiprinimo savybėmis pasižymintis puslaidininkinis elementas, kuriame yra viena ar daugiau p-n sandurų.
Lauko tranzistorius, kurio srovė valdoma elektriniu lauku, keičiant valdymo elektrodo potencialą. KKadangi lauko tranzistoriumi srovė teka judant vieno poliarumo krūvininkams, jis kartais dar vadinamas vienpoliu. Lauko tranzistoriaus sutartinis ženklas:
Dvipolis tranzistorius – tai trijų sluoksnių puslaidininkinis tranzistorius, kuriame yra dvi p-n sandūros. Šio tranzistoriaus vidurinis sluoksnis vadinamas baze ir turi mažai krūvininkų. Kitas sluoksnis turi daug krūvinikų, jis emituoja krūvius į bazę ir vadinamas emiteriu. Trečias sluoksnis turi vidutinį krūvių tankį ir vadinamas kolektoriumi.
Tiristoriai. Tiristoriais vadinami puslaidininkiniai elementai, kuriuose yra trys ir daugiau P-n sandurų. Jie gali būti tik dviejuose stabiliose būsenose: arba laidūs srovei, arba nelaidūs. Jie gali būti naudojami kaip elektrinių grandinių jungikliai.
44. Vakuuminės elektronikos elementai
Vakuuminės elektronikos elementai kuriuse srovė teka dėl to, kad elektronai, veikiami elektrinio lauko, juda vakuume.
Tam, kad elekronai galėtų išlėkti iš kūno, jiems reikia suteikti papildomos energijos. Priklausomai nuo suteiktos energijos rūšies emisija būna:
1) Termoelektroninė
2) Autoelektroninė
3) Fotoelektroninė
4) Antrinė
Paprasčiausia dviejų elektrodų lempa ura diodas, sudarytas iš katodo ir anodo stiklinėje ar metalinėje kolboje, kurios slėgis yraapie 10-4 – 10-5 Pa. Vakuuminio diodo atgalinė srovė yra daug mažesnė už puslaidininkinio.
45. Nuolatinių srautų magnetinių grandinių su vienu MVJ skaičiavimas
Elektros įrenginiuose yra labai daug magnetinių grandinių: transformatoriai, ritės, magnetiniai jungikliai. Dabar pabandysime panagrinėti pačią paprasčiausią magnetinę grandinę su vienu MVJ šaltiniu.
F=W.I – magnetovaros jėga
Magnetinis srautas – =B.S; čia B – magnetinė indukcija, S –– magnetolaidžio plotas.
Magnetinė įtampa Um=H.l [A] ; čia H – magnetinio lauko stiprumas plieninėje šerdyje, I – magnetolaidžio ilgis.
Um/Rm; čia Rm – magnetinė varža.
Tokią magnetinę grandinę galime atvaizduoti kaip elektrinę:
Jei magnetolaaidis turi oro tarpą, įvedam papildomą oro tarpo magnetinę varžą Rmo.
Remiantis pilnutinės srovės dėsniu galime užrašyti:
F=H.l+Ho.Io.
F/(Rm+Rmo)
Nuolatinių srautų magnetinių grandinių skaičiavimui taikoma muolatinės srovės netiesinių elektros grandinių skaičiavimo metodika.
46. Nuolatinių srautų magnetinių grandinių su keleta MVJ skaičiavimas
Nuolatinių srautų magnetinių grandinių skaičiavimui taikoma muolatinės srovės netiesinių elektros grandinių skaičiavimo metodika. Tam atvejui magneyinei grandinei yra nubraižoma atstojamoji schema.
Magnetinė grandinė aprašoma Kirchhofo, mazgų potencialų, kontūrinių srovių ar kito merodo lygčių sistama, kuriai spresti parenkamas grafinis, kintamųjų tikslinimo, iteracijų ar kitas būdas.
Dažniausiai magnetinėms grandinėms aprašyti naudojamos Kirchhofo lygtys:
– tai pirmasis Kirchhofo dėsnis magnetinės grandinės mazgui. Šioje algebrinėje sumoje susitariama vienus srautus, nukreiptus į mazgą, rašyti su pliuso ženklu, o kitus – su minuso ženklu.
– tai antrasis Kirchhofo dėsnis magnetinės grandinės kontūrui. Čia dėmenys rašomi su pliuso ženku, jeigu magnetovaros jėgų F kryptys sutampa su kontūro apėjimo kryptimi, kitaip rašomi minusai. Kad magnetinių grandinių skaičiavimas būtų lengvesnis, sklaidos srautai ir jų magnetinių linijų išsipūtimas oro tarpe paneigiamas.
Magnetinės grandinės skaičiuojamos, naudojantis vėberamperinėmis charakteristikomis (UM).
47. Kintamų srautų magnetinių grandinių su vienu šaltiniu skaičiavimas
1) Nusibraižome atstojamąją sschemą;
2) Schemoje užsiduodame kontūrus;
3) Sudarome lygčių sistemą:
a) Pagal pirmajį Kirchhofo dėsnį:
;
b) Pagal antrą kirchhofo dėsnį:
c) Pagal Omo dėsnį:
Zm=Rm+jxm , čia jxm – susidaro dėl nuostolių pliene arba dėl trumpai jungtų vijų.
48. Transformatoriaus tuščios eigos ir trumpo jungimo bandymai
Tuščios eigos bandymas.
Jis atliekamas prijungus transformatoriaus pirminę apviją prie vardinės įtampos U1n, o antrinės apvijos grandinę paliekam atvirą. Transformatoriaus santykinė tuščios eigos srovė paprastai išreiškiama procentais pirminės vardinės srovės atžvilgiu:
I0*=(I0/I1N).100 (1)
Iš ligybės matome,jog tuščios eigos srovė tiesiog proporcinga transformatoriaus magnetolaidžio magnetinei R. Kuo geresnės magnetolaidžio savybės tuo silpnesnė tuščios eigos srovė. Tuščios eigos aktyvioji galia P0 parodo transformatoriaus nuostolių galią. Iš tuščios eigos bandymo galima sužinoti transformatoriaus tuščioseigos atstojamąsias varžas:
Z0=U1N/I0; R0=P0/I02; (2)
Tuščios eigos metu išmatavus transformatoriaus įtampas, galima nustatyti transfomacijos koeficientą:
K=E1/E2=U1/U2 (3)
Trumpo jungimo bandymas.
Jis atliekamas sujungus antrinę apviją trumpai. Pirminė apvija prijungiama prie tokios sumažintos įtampos, kad apvijomis tekėtų vardinės srovės.
Santykinė trumpo jungimo įtampa paprastai išreiškiama procentais pirminės vardinės įtampos atžvilgiu:
Uk*=(Uk/U1N).100. (4)
Paprastai Uk*=(3-10)%. Ji apibūdina transformatoriaus apvijų varžas ir sklaidos srautus. Kuo didesnės apvijų aktyviosios ir sklaidos induktyviosios varžos, tuo didesnė transformatoriaus santykinė trumpo jungimo įtampa.
Iš trumpo jungimo bandymo duomenų apskaičiujamos transformatoriaus atstojamosios varžos, kurios vadinamos trumpo jungimo varžomis:
Zk=Uk/I1N; Rk=Pk/I1N2; (5)
Taip pat trumpojo jungimo fazių skirtumas tarp pirminės įtampos ir srovės:
k=arccos(Pk/(UkI1N)) (6)
49.
Trifaziai transformatoriai
Konstruktyviai sujungtų trijų vienfazių transformatorių magnetinės grandinės analogas yra keturlaidė trifazė elektros grandinė. Tada bendrosios dalies magnetinis srautas =A+B+C. Bendrajame magnetolaidyje (viduriniajame) magnetinis srautas =0, ir ta magnetinės grandinės dalis nereikalinga. Trifazis transformatorius yra ekonomiškesnis: jo magnetiniai grandinai reikia mažiau plieno, mažesnė jo masė ir matmenys. Dažniausiai transformatoriai jungiami: Y/Y, Y/Y+0, Y/trikampis. Kai norimne sujungti Y arbaY+0, fazių galai sujungiami į vieną mazgą. Negalima sukeisti kurios nors fazės galo su pradžia vietomis. Jungiant trikampiu taip pat negalima taip sumaišyti. TTrifazio transformatoriaus veikimo principas yra toks pat kaip ir vienfazio transformatoriaus, todėl jo tyrimui taikomi tie patys metodai.
50. Nuolatinės mašinos darbo rėžimai
Nuolatinės mašinos turi du darbo rėžimus – tai variklio ir generatoriaus rėžimas.
Variklio rėžimas. Tam kad mašina dirbtų kaip variklis, reikia jos šepečių išvadus prijangti prie nuolatinės įtampos. Inkaro rėmeliu pradeda tekėti srovė. Veikiant statoriaus elektromagnetinėm jėgom, atsiranda elektromagnetinis sukimo momentas Mem. Jei jis yra pakankamas, inkaras pradeda suktis. Laidininką veikianti elektromagnetinė jėga apskaičiojama šitaip: Fem=lBI; čia B – magnetinio llauko indukcija, l – laidininko aktyvusis ilgis, I – laidininku tekanti srovė. Elektromagnetinės jėgos kryptis nustatoma kairiosios rankos taisykle: kairiąją ranką reikia laikyti taip, kad magnetinės linijos būtų nukreiptos į delną (delnas turi būti atkreiptas į N polių), o keturi iištiesti pirštai rodytų laidininko srovės kryptį; tuomet atlenktas nikštys rodo laidininką veikiančios jėgos kryptį.
Generatoriaus rėžimas. Tarkime kad tos pačios mašinos inkarą sukame pastoviu greičiu laikrodžio rodyklės kryptimi. Kiekviename inkaro laidinike indukuojama EVJ, kurios kryptis nustatoma pagal dešiniosios rankostaisyklę. Inkaro apvijoje indukuota EVJ ea=2.l.B.v. generatoriuje kolektorius ir šepečiai yra mechaninis kintamos srovės lygintuvas. Dešiniosios rankosa taisyklė: laikom dešiniąją ranką taip, kad magnetinės linijos būtų nukreiptos į delną , o atlenktas nikštys rodytų laidininko judėjimo kryptį, ištiesti keturi pirštai rodo laidininke indukuotos EVJ kryptį.
51. Nuolatinės srovės mašinų žadinimo būdai ir charakteristikos
Plačiausiai yra naudojami elektromagnetinio žadinimo mašinos, nes magnetoelektrinio žadinimo masinos gali būti naudojamos tik tais atvejais, kai žadinimo magnetinis srautas turi būti pastovus arba jo reguliuoti nereikia.
Nuolatinės srovės mašinų žadinimo apvijos yyra skirstomos į:
1) Nepriklausomo arba lygegretaus žadinimo;
2) Nuoseklaus žadinimo.
Nepriklausomo (lygegretaus) žadinimo apvija teka silpna žadinimo srovė – no 0.5 iki 3% inkaro srovės.
Nuoseklaus žadinimo apvija yra jungiama nuosekliai inkaro apvijai ir ja teka inkaro srovė. Dažniausiai ant mašinos to paties poliaus uždedamos ir nepriklausomo (lygegretaus) ir nuoseklaus žadinimo apvija. Sujungę šias apvijas turėsime mišraus žadinimo masiną.
Natūraliosios mechaninės charakteristikos:
52. Nuolatinės srovės mašinų inkaro reakcija ir komutacija
Inkaro reakcija. Tai reiškinys, kuris mašinoje atsiranda dėl inkaro magnetinio srauto įtakos. Dėl inkaro reakcijos mašinos magnetinis llaukas yra iškreipiamas. Per šio lauko plokštumas, kur suminio magnetinio lauko indukcija lygi nuliui galime išvesti liniją kuri vadinama fizine neutrale. Ji yra truputėli pasisukusi geometrinės pusės atžvilgiu. Kuo stipresnė srovė teka inkaro apvija, tuo didesniu kampu pasisuka fizinė mašinos niautralė. Skersinės inkaro reakcijos būtų galima šiek tiek sumažinti, pastūmus mašinos šepečius fizinės neutralės link.
Komutacija. Inkarui sukantis, jo apvijos kiekviena sekcija yra sujungiama su šepečiu ir perjungiama iš vienos lygegrečios šakos į kitą. Perjungimo metu sekcijoje srovės kryptis pasikeičia priešinga. Per trumpą laiką – komutacijos periodą T – srovė sekcijoje turi pasikeisti nuo teigiamos reikšmės iki neigiamos. Perjungiant sekciją, joje yra indukuojama saviindukcijos EVJ eL=Ldi/dt.
Komutacijai pagerinti reikia, kad perjunginėjamojoje sekcijoje atsirastų priešingos krypties EVJ. Tam reikalingas pagalbinis magnetinis laukas, kurį judėdama kirstų perjunginėjama inkaro sekcija.
Įrengti pagalbiniai poliai pagerintų komutaciją ir sumažintų inkaro reakciją. Jie įrengiami mašinos geometrinėje niautralėje. Apvija turėtų būti sujungta nuosekliai su inkaro apvija ir jų magnetinis srautas būtų priešingas inkaro skersiniam magnetiniam srautui.
53. Asinchroninės mašinos darbo rėžimai
Yra 2 pagrindiniai rėžimai – variklio ir stabdymo rėžimai.
Variklio rėžimas. Tarkime kad turime magnetinį lauką, kurio indukcija B ir kuris sukasi dažniu n0. Šiame magnetiniame lauke yra du laidininkai, kurie sujungti taip, kad sudaro uždarą grandinę. Sukamasis magnetinis laukas kerta llaidininkus, todėl juose indukuojamos EVJ. EVJ nusakoma dešiniosios rankos taisykle. Čia svarbu tai kad laidinikai nejuda, o juda tik magnetinis laukas. Kadangi laidininkų grandinė yra uždara, tai ja teka srovė, kurios kryptis tokia pati, kaip ir ją sukūrusių EVJ. Juos veikia elektromagnetinės jėgos, kurių kryptis nusakoma kairiosios rankos taisykle. Šios jėgos stengiasi sukti laidininkus magnetinio lauko sukimosi kryptimi. Taigi statorius sukasi asinchroniškai, atsilikdamas nuo magnetinio lauko. Rotoriaus atsilikimas nuo statoriaus magnetinio lauko įvertinamas santykiniu dažnio skirtumu, kuris vadinamas slydimu:
s= (n0-n)/n0 ;
Stbdymo rėžimas. Yra keletas stabdymo rėžimų: generatorinio stabdymo ir priešinio jungimo stabdymo rėžimas.
Generatorinio stabdymo metu variklis tiekia energiją šaltiniui, prie kurio prijungta statoriaus apvija. Variklio rotoriaus slydimas s<0, nes n>n0.
Toks rėžimas, kai variklio rotoriaus ir magnetinio lauko sukimosi kryptys yra priešingos, vadinamas priešinio jungimo stabdymo rėžimu. Tada apsisukimų dažnių skirtumas n=-n0-n, todėl rotoriaus slydimas s>1.
54. Vienfaziai asinchroniniai varikliai
Tai asinchroniniai varikliai, kurių statoriaus apvija jungiama prie vienfazio tinklo, o rotorius yra trumpai sujungtas. Tokio variklio statoriuje yra tik viena ritė. Prijungus ją prie vienfazio tinklo, sukuriamas erdvėje nejudantis, bet pulsuojantis magnetinis laukas. Tikroji variklio charakteristika gaunama sudedant mechaninius momentus, kuriuos turėtų rotoriusdėl kiekvieno magnetinio lauko poveikio, esant tam tikriems apsisukimams. Ši kreivė yra labai panaši į asinchroninio variklio mechaninę charakteristiką, bbet ji eina per koordinačių ašių susikirtimo tašką. Tai reiškia, kad kai n=0, variklio paleidimo momentas Mk=0. Įjungtas į tinklą variklis pradės suktis, kai jį išsuksime rankiniu būdu. Kad to daryti nereikėtų, naudojami ekranuoti poliai. Paprasčiausiai statoriaus apvija dedama ant polių. Pagrindinių polių magnetinis srautas yra kintamas. Jo dalis veria trumpai sujungtą viją ir joje indukuoja EVJ, kuri pralenkia 90 laipsnių faze ją kuriantį magnetinį srautą. Tada turime dvi išskirtas erdvėje rites (pagrindinę ir trumpai sujungtą apviją), kuriose srovės skiriasi 90 laipsnių faze. Gaunamas sukamasis magnetinis srautas.
Asinchroninio variklio su vienfaze statoriaus apvija mechaninės charakteristikos sudarymas pavaizduotas paveikslėlyje.
55. Sinchroninių mašinų darbo rėžimai
Variklio rėžimas. Šiuo atveju mašinos inkaras prijungiamas prie kintamos trifazės srovės. Kaip ir asinchroninio variklio statoriuje sudaromas sukamasis magnetinis laukas, kuris sukasi kampiniu greičiu. Tokį inkaro magnetinį lauką galima įsivaizduoti kaip besisukančius polius. Tarp inkaro ir induktoriaus priešingųjų magnetinių polių susidaro elektromagnetinės trukos jėgos. Kai jos yra pakankamos, induktorius sukasi krtu su inkaro magnetiniu lauku.bendrą variklio magnetinį lauką sudaro inkaro ir induktoriaus laukai. Variklio rotoriaus sūkių dažnis yra lygus magnetinio lauko sinchroniniam sūkių dažniui.
Generatoriaus rėžimas. Sukant sinchroninės mašinos induktorių pastoviu kampiniu greičiu, kiekvienoje inkaro apvijos ritėje indukuojama kintama EVJ. Ji yra sinusinė, nes induktoriaus magnetinis laukas sudaromas toks, kad magnetinė
indukcija oro tarpe pasiskirstytų sinuso dėsniu. Kadangi ritės yra vienodos ir išdėstytos 120 laipsnių kampais, inkaro apvivoje gaunama simetrinė trifazė EVJ sistema. Vienoje inkaro apvijos fazėje indukuotos EVJ efektinė vertė E=Cn; čia Cn – mašinos pastovus koeficientas, n – induktoriaus sūkių dažnis. Dažnį galime apskaičiuoti iš lygties:
=p.n; čia p – induktoriaus polių porų skaičius.
56. Sinchroninių mašinų darbo charakteristikos
Svarbiausios generatoriaus carakteristikos:
1) Tuščios eigos charakteristika – EVJ priklausomybė muo žadinimo, kai mašina neapkrauta: Ef=f1(If), kai I=0
2) Išorinė – įtampos priklausomybė nnuo apkrovos srovės, kai žadinimo srovė yra pastovi ir apkrovos galios koeficientas nekinta: U=f2(I), kai If=const ir apkrovos cos=const.
3) Reguliavimo – žadinimo srovės priklausomybė nuo apkrovos srovės, kai įtampa palaikoma pastovi ir apkrovimo galios koeficientas nekinta: If=f3(I), kai U=const ir cos=const.
Sinchroninio variklio darbo charakteristikos:
1) Sinchroninio variklio mechaninė charakteristika yra horizontali tiesė, nes variklio sūkio dažnis n=const: n=f(M).
2) Paleidimo charakteristika:
a) Į žadinimo grandinę įjungta R;
b) Žadinimo apvija pajungta prie nuolatinės srovės šaltinio;
c) Natūrali paleidimo charakteristika.
57. Nuolatinės srovės bekolektoriniai varikliai
Bekolektoriniai varikliai neturi nnei šepečių, nei kolektoriaus. Juos čia pakeičia elektrinis komutatorius. Variklio statorius dažniausiai sudarytas iš trifazės apvijos, sujungtos žvaigžde. Induktorų sudaro nuolatinis magnetas, velenu sujungtas su padėties davikliu. Padėties daviklį sudaro rotorius, ant kurio uždėtas signalinis elementas (SE). SE gali būti nnuolatinis magnetas, kuris sukasi sinchroniškai su variklio rotoriumi. Padėties daviklio statoriuje sumontuoti trys jautrieji elementai, kurie išdėstyti tokiais pat kampais kaip ir statoriaus trifazė apvija 120 laipsnių. Padėties davikliai perduoda signalus į tranzistorių bazes ar valdymo įrenginius, kurie paduoda EVJ į atitinkamą apviją. Apvija sukuria sukimo momentą:
M=CFsine, čia – nuolatinio magneto pagrindinis magnetinis srautas, e – kintamas kampas tarp fazės ir nuolatinio magneto ašių.
58. Matavimo paklaidos
Matuojant fizokinį dydį, gaumamas netikslus rezultatas, t. y. susidaro nuokrypis nuo jo tikrosios vertės.
Absoliutine paklaida vadinamas nuokrypio absoliutinis didumas:
=Xn-X; čia Xn , X – matavimo rezultatas ir tikroji matuoto dydžio vertė.
Santykinė paklaida yra absoliutinės paklaidos sąntykis su tikrąja matuojamo dydžio verte. Ji gali būti išreikšta santykiniais dydžiais arba procentais:
/X arba (/X).100.
Yra dar absoliutinė ppaklaida, paimta su priešingu ženklu:
Xn-X=-.
Sisteminės paklaidos dažniausiai gaunamos dėl metodų ar priemonių netobulumo. Jos yra pastovaus didumo ir ženklo.
Atsitiktinių paklaidų didumas ir ženklas yra atsitiktiniai, kinta nedėsningai, matuojant daug kartų tą patį dydį. Atsitiktinės paklaidos įvertinamos matematinės statistikos metodais.
59. Matavimo prietaisų charakteristikos
Viena iš svarbiausių prietaisu charakteristikų yra jo tikslumo klasė. Kita svarbi charakteristika – jautrumas:
S=dl/dX , čia l – prietaiso rodyklės poslinkis, X – matuojamas dydis.
Kai poslinkis išreiškiamas posūkio kampu : S=d/dX. Kai jautrumas nepriklauso nuo matuojamo ddydžio, S=l/X arba S=/X, prietaiso skalė yra tiesinė.
Dydis, atvirkščias jautrumui, rodo, kokie matuojamo dydžio vertė tenka vienai padalai, ir vadinamas prietaiso padalos verte: Cp=1/S
60. Srovės ir įtampos matavimas
Srovės matavimas. Vidutinės srovės (10mA – 100A) paprastai matuojamos ampermetrais arba miliampermetrais, kurie jungiami į grandinę nuosekliai. Realūs ampermetrai turi varžą, todėl pakinta matuojamoji srovė ir matuojant gaunama metodinė paklaida.
Kuo RA<
