Модуль 2. Бірфазалы синусоидалы тоқтың негізгі түсініктемелері.

№8-9 Зертханалық жұмыс

Тізбектелген RLC-тізбектегі резонансты виртуалды зертханада зерттеу (кернеу резонансы)

Резисторы, конденсаторы және индуктивті орауышы бар синусоидалы тоқтың тізбегін зерттеу

5.1-ші а суретте қорек көзіне қосу үшін екі қыспағы бар синусоидалы тоқтың пассивті тізбегінің кескіні кескінделген (пассивті екі ұштықты).

Бұл тізбектің кірісіндегі тоқ пен кернеу фаза бойынша φ бұрышқа ығысқан:

; .

Қорек көзінен тұтынатын тізбектің лездік қуаты:

Бұл қуаттың уақытқа тәуелді өзгеріс графигі 5.1-ші б суретте тоқ пен кернеудің графиктік өзгерісімен бірге көрсетілген. Қуат екі жиілікпен толқиды. Периодтың үлкен бөлігі оң мәнге, ал аз бөлігі –теріс мәнге ие болады. Қуаттың теріс мәні конденсатор мен орауышта жинақталған энергияның энергия көзінің қоректендіруші тізбегіне қайтатындығын көрсетеді.

5.1 Сурет – Синусоидалы тоқтың пассивті тізбегінің а) пассивті екі ұштықты электр схемасы мен оның б) синусоидалы кернеу, тоқ және лездік қуат қисықтары графигі

Тұтынатын қуаттың орташа мәні активті қуат деп аталады:

Ол электр энергиясының басқа энергия түріне түрленудің орташа жылдамдығын сипаттайды. Пассивті тізбекте тұтынатын активті қуат әрдайым оң мәнге ие болады және қосылу схемасы 5.3-ші суретте көрсетілген тізбекте қосылған ваттметрмен өлшенеді. Активті қуаттың өлшем бірлігі ватт (Вт) болып табылады.

Айнымалы құраушы қуаттың амплитудасы толық қуат деп аталады:

Ол берілген тізбекті қоректендіру үшін есептелген қорек көзінің максималды қуатын сипаттайды. Оны кейде, габаритті немесе аппараттық қуат деп атайды. Оның өлшем бірлігі вольт-ампер (ВА) болып табылады.

мұнда -синусоидалы тоқтың тізбегіндегі толық кедергі, Ом.

Q шамасы реактивті қуат деп аталады:

Ол қорек көзі мен тізбек арасында энергия алмасуының максималды жылдамдығын сипаттайды және ол оң (φ>0 кезде, яғни, индуктивті тізбекте), сол сияқты терісте (φ<0 кезде, яғни, сыйымдылықты тізбекте) болуы мүмкін. Осыған байланысты, индуктивтілік «реактивті энергияны» тұтынса, сыйымдылық оны өңдіреді. Реактивті қуат вольт-ампердегі реактивпен өлшенеді.

Синусоидалы тоқтың электр тізбегінде активті және реактивті қуаттардың балансы орындалады, яғни, барлық қорек көзінің қуаттары барлық тұтынушылардың қуаттар қосындысына тең:

Синусоидалы тоқтың тізбегіндегі түрлі қуаттары арасындағы қатынасты қуаттардың үшбұрышы түрінде көрсетуге болады (5.2-ші сурет).

5.2 Сурет –Қуаттардың үшбұрыш диаграммасы Резистор мен конденсатордың, резистор мен индуктивтілікті орауыштың тізбектей қосылуы

Резистор мен конденсатор (а) немесе резистор мен индуктивтілікті орауыш (б) тізбектей қосылған тізбекке айнымалы синусоидалы кернеу берілсе, бірдей синусоидалы тоқ тізбектің екі компонентінде болады, ал тізбектің кірісіндегі кернеу екі компоненттегі кернеудің қосындысына тең. Екі кернеу фаза бойынша бір-бірінен ығысқан болса, олардың әсерлесуші мәндерін немесе амлитудаларын тікелей қосу мүмкін емес. Осы кернеулердің лездік мәндерін, әлде, 5.3-ші а және б суреттерінде көрсетілгендей, осы кернеулерге сәйкес келетін векторларды қосу қажет.

5.3 Сурет –Резистор мен конденсатор (а) және резистор мен индуктивтілікті орауыш (б) тізбектей қосылған тізбек

5.4 Сурет – Тізбектей қосылған резистор мен конденсатор кернеулерінің лездік мәндері (а) мен резистор мен индуктивтілікті орауыш кернеулерінің лездік мәндерінің (б) векторлық диаграммалары

Конденсатордағы кернеу векторы U_C тоқ векторынан 90^о-қа қалады, индуктивтіліктегі кернеу векторы U_L тоқ векторын 90^о-қа озады. Векторлық диаграммадан конденсаторлы тізбекте

, .

, ал болғандықтан, бұдан

және аламыз.

мұнда тізбектің толық кедергісі, және , яғни, тоқ векторы кернеу векторын озады.

Индуктивтілікті тізбектеде осыған ұқсас:

мұнда , , яғни, тоқ векторы кернеу векторынан қалады.

Егер кернеу үшбұрышының әр жағын тоққа бөлетін болсақ, онда кернеу үшбұрышына ұқсас кедергілердің үшбұрышын аламыз (5.5-ші а және б сурет).

5.5 Сурет – Тізбектей қосылған резистор мен конденсатор (а) және резистор мен индуктивтілікті орауыш (б) кедергілерінің үшбұрыш диаграммалары

Кедергілер үшбұрышынан:

, және .

Резистор мен конденсатордың, резистор мен индуктивтілікті орауыштың параллель қосылуы

Резистор мен конденсатор (а) немесе резистор мен индуктивтілікті орауыш (б) параллель қосылған тізбек айнымалы синусоидалы кернеуге қосылса, онда тізбектің екі компонентінде бірдей кернеу беріледі.