I bob. O’zgaruvchan tok zanjirlari 1 asosiy ta’riflar

SIRTIY EFFEKT
Sirtiy effekt o’zgaruvchan elektr to­ki zichligining o’tkazgich kesimi bo’ylab notekis taqsimlanish hodisasidir: o’zgaruvchan tokning zichligi o’tkazgich sirtida eng katta bo’lib, sirtdan o’tkazgichning ichiga kirib borgan sari kamayadi. Tok zichligining o’tkazgich kesimi bo’ylab bunday notekis taqsimlanishi induktiv­lik ta’sirida vujudga keladi.

Misol tariqasida yumaloqsimning ko’ndalang kesimini ko’rib chiqamiz (62-rasm).O’tkazgich toki sim atrofidagi muhitda f_tash.vasim kesimining ichida F_ich. magnitoqimini hosilqiladi. Simda ikkita o’tkazuvchan tolalar 1va2 ni ajratib olamiz. Birinchisi 1sim kesimining markazida joylashgan va uning o’qbo’ylabyo’nalgan. Ikkinchisi 2sim­ning sirtida joylashgan. Tola 1 ni simdagi hamma tok vujudga keltiradigan magnitoqimlarning barchasi (F_ich.+F_tash) ilashtiradi. Tola 2ni esa oqimning faqat sim tashqarisida yopiladigan qismi



63-rasm. Sirtiy effektning paydo

bo’lishi tushunuvchi ekvivalent sxema


62 rasm. Tokli yumaloqo’tkazgichning

turliqatlamlaridagi oqim tutinish
F_tash ilashtiradi. Demak, o’tkazuvchan tolalar yoki simning qilindrik qatlamisim sirtidan qancha uzoq bo’lsa, ularning oqim tutinishi shuncha ko’p, induktiv lik t esa oqim tutinishga to’g’ri proporsional bo’ladi (L = chr φ/i), shu sababli L₁>L₂.

O’zgaruvchan tokda paydo bo’ladigan induktiv qarshilikφL tashqi qatlamlarga qaraganda ichki qatlamlarda kattaroqbo’ladi.Bu qatlamlar kuchlanish manbaiga nisbatan parallel ulangan, ularning aktiv qarshiliki barcha qatlamlarda teng bo’ladi, lekin induktiv qarshiliki sirt dan ichkariga kirib borgan sari ortadi, bu 63rasmdagi ekvivalent sxemada shartli ravishda ko’rsatilgan.Induktiv qarshiliklarning teng emasligi sim qatlamlari orasida tokning notekis taqsimlanishini keltirib chiqaradi, nati jada tok zichligi sirtdan sim markaziga tomon ma’lum darajada kamayib boradi, tok go’yo simning ichki qismidan siqib chiqariladi.

Tokning ichki qatlamlardan bunday qismanchiqibchiqarilishio’tkazgichning ishlayotgan kesimining ma’lum darajada kamayganligi va uning aktiv qarshiliki ortganligiga teng keladi. O’tkazgichning aktiv qarshiligiga o’zgaruvchan tokda uning o’zgarmas tokdagi qarshilikiga qaraganda katta bo’lishining asosiy sabablaridan biri ana shu.

Induktiv qarshilikωLo’zgaruvchan tok chastotasiga proporsional.O’tkazgich­ning kesimi qancha katta bo’lsa, ichki va tashqi qatlamlar induktivligi orasidagi farqham shuncha katta bo’ladi. De­mak, o’zgaruvchan tokning chastotasi qancha katta vasimning diametri qancha yug’on bo’lsa sirtiy effekt shuncha katta bo’ladi. Sim kesimining ichki qismida yuqo­ri chastotali o’zgaruvchan tok deyarli bo’lmaydi, shu sababli radiochastotalar uchun kovak (naysimon) simlar ishlatiladi.

Lekin sanoat chastotasida (50 Gs) sirtiy effektning mis va alyuminiy simlar qarshilikiga ta’siri ularning diametri 1 sm dan katta bulgavndagina seziladi. Masalan, chastota 50 Gs va mis simning diametri 1 sm bo’lganda uning aktiv qarshiligining o’zgarmas tokdagi qarshilikiga nisbati 1,03 ga teng, lekin sim diametri 4 sm gacha kattalashganda xuddi shu nisbat 1,32 ga qadarko’payadi.

Pulat simlarda sirtiy effektning ta’sirini hatto nisbatan kichik kesimlarda ham e’tiborga olish kerak, chunki bunday simlarda pulatning magnit singdiruvchanligi kattaligi tufayli ichki magnitoqim f_ich nisbatan kuchlibo’ladi.

Simlarda sirtiy effekt ularning kesimini oshirishga majbur etadi. Le­kin pulatni yuqori chastotali toblashdava induksion sizdirishning boshqa turlarida bu effektdan muvaffaqiyatli foydalaniladi.

KUCHLANISHLAR RIZONANSI

O’zgaruvchan tok elektr zanjirlarida muayyan sharoitlarda elektr rezonansi hodisasi vujudga keladi, bunda zanjirning kirish reaktiv qarshiliki nolga teng bo’ladi. Induktivligi Lva sig’imiCbo’lgan elementlar ketma-ket ulanganida kuchlanishlar rezonansi, parallel ulanganida esa — toklar rezonansi yuzaga keladi.

Kondensatorli va induktiv g’altak elektr zanjirdan iborat sistemada kon denqatorning induktiv g’altakka tebranma zaryadsizlanishi sodir bo’lishi mumkin. Mustaqil erkin tebrana oladigan bu sistema tebranish konturi deyiladi. Agar bunday konturda sig’imi Sbo’lgan kondensator dastlab elektr energiyasi manbaiga ulash orqali ma’lum kuchlanish U₆ ga qadar zaryadlansa (64rasm), So’ngraqayta ulash orqali induktivligi Lbo’lgang’altakka tutashtirilsa, u xolda kondenqatorning tebranma zaryadsizla­nishi boshlanadi. Dastlab; asta-sekin ko’payadigan zaryadsizlash toki paydo bo’ladi. Uzinduksiya eyukning e₁₌— qarshi ta’siri uning birdaniga (sakrab) ko’payishiga yo’lqo’ymaydi. Tok ortib borgan sari induktiv g’altakning magnit maydonida energiya tuplana boradi va kondenqatorning elektr maydonida to’plangan energiya kamayadi. Zaryadsizlanish vaqtida tok doimo ortib boradi, chunki faqat shu xoldagina energiya elektr maydondan magnit maydonga uzatiladi.Zaryadsizlanish tugagandan keyin kon turdagi tok uzining maksimal qiymatiI_m ga yetadi.

Lekin kondensator to’liq zaryadsizlan gandan keyin xam (Uc = 0) konturda tok tuxtamaydi. Uzinduksiya eyuk tokning kamayishiga qarshi ta’sir qiladi.U magnit maydon energiyasi qisonbiga tokni kondenqatorning zaryadsizlanish yunali shida saqlab turadi. Bu tok kondensa­tor ni teskari yo’nalishda zaryadlaydi, ya’ni dastlab musbat zaryadli bo’lgan k;op lama endi manfiy zaryad oladi. Bunday qayta zaryadlanishda konturdagi tok do_Imo kamayib boradi — energiya induktiv g’altakning magnit maydonidan ketadi va kondensa gorning elektr maydonida


64-rasm. Tebranish kon turining sxemasi




65-rasm. Kuchlanishlar rezonansi bo’lishi mumkin bo’lgan zanjir sxemasi(a) va shunday zanjirning chastota xarakteristika


tuplanadi. Ideal tebranish konturida isroflar bo’lmaydi.Unda kondenqatorningqayta zaryadlanishi u teskari yo’nalishda dastlabkimanfiy kuchlanish U_bqiymatiga qadar zaryadlanguncha davom etadi. Shundan keyin magnit maydonning barcha energiyasi kondenqatorning elektr maydoniga qaytadi va konturdagi tok nolga qadar kamayadi. So’ngrayana tokning teskari yo’nalishida kondenqatorning induktiv g’altakka zaryadsizlanishi boshlanadi. Kuchlanish bilan tok davriy ravishda o’zgarib turadi, bunda kuchla­nish maksimal bulganda tok nolga teng, kuchlanish nolga tenglashganda esa tok maksimal bo’ladi.Ideal tebranish kon­turida bu erkin tebranishlar so’nmaydi.

Tebranish konturida garmonik (sinusoidal) tebranishlar vujudga keladi.Sinusoidal tebranishlarda ularning uz chastotasi ω₀nioson aniqlash mumkin. Kondensatordagi maksimal kuchlanishU ₆ = I . Ideal konturda magnit maydonning maksimal energiyasi elektr may­donning maksimal (boshlang’ich) energiyasiga teng bo’ladi:



Tarkibida ketmaket ulangan induk tivlik L,aktivqarshilikrvasig’imS elementlari bor o’zgaruvchan tok zanjirida kuchlanishlar rezonansi bo’lishi mumkin (65rasm, a). Zanjir qismlarida o’zgaruvchan kuchlanish U saqlanib tudadi, demak, Om qonuniga muvofiq zanjirdagi tok



bo’lganda, ya’nireaktivqarshiliklar, induktiv sig’imqarshiliklartengbulganidakuchlanishlarrezonansivujudgakeladi.Bunday sharoitda zanjirning to’liqqarshiliki z =rva tok I = U/r, quvvat koeffisiyenta esa cos = 1.

Agar aktiv qarshilikrkichikbo’lsa, rezonans vaqtida tok keskin ko’payib ketadi. Lekin U_cvaU_L kuchlanishlarning juda keskin ko’payishi ayniqsa muhimdir. Ular zanjir qism­laridagi kuchlanish U dan bir necha marta ortib ketishi mumkin. Agar re­zonans sharotini buzmasdan turib bir vaqtning o’zida induktiv va sig’imqarshiliklar n marta oshirilsa (x'_L — nx_Lva x'_s — px_s), u holda zanjirdagi tok uzgarmaydi, chunki avvalgidek z —r va I = U/r lekin ikkala reaktiv kuchlanish martako’payadi va U'_L = nU_Lhamda U'_c = nU_cqiymatlarga yetadi. Ana shularga asoslanib, ikkala reaktiv qarshilikni cheksiz ko’paytirish mumkin, bunda tok uzgarmay qoladi. Lekin amalda g’altak chulg’amlarining o’ramlari orasidagi va kondensator toplamalari orasidagi izolyasiyaning teshilishi reak­tiv kuchlanishlarning ortishini cheklaydi.

Agar r<ωLva, binobarin, r< 1/ωCbo’lsa, reaktiv kuchlanishlar kirish qismalaridagi kuchlanishdan ortiqbo’ladi. Rezonans vaqtida U — Ir<.U_L — U_c.Qarshiliklar tengsizligi shartiga


niqo’ysak, quyidaginiolamiz:






kattaliktebranishkonturiningxarakteristikyokito’lqin, qarshiligideyiladivaP= bilanbelgilanadi.

Aloqatexnikasihamdayuqorichasto­talitexnikauchunxarakteristikqarshilikningaktivqarshilikkanisbatiko’pchilikqurilmalarningmuhimxarakteristikasihosoblanadi.Bunisbatkonturningaslligideyiladi:

(55)
Asllilikrezonansdareaktivkuchlanishningaktivkuchlanishganisbatigahamteng.

Rezonansbo’lishimumkinbo’lganzanjirkuchlanishlariningtokchastotasigabog’liqligihamkattaamaliyahamiyatgaega.Bundaybog’liqlikzanjirningchastotaxarakteristikasideyiladi (65rasm, b).Omqonuniningifodasishuniko’rsatadiki, (54)ωL=1/ωC, ya’nison = son₀bo’lgandazanjirdagitokengyuqoriqiymatigaerishadi.

KondensatordagikuchlanishU_c= , demak, U_cningωgabog’liqligiIningωgabog’liqlikegrichizig’igao’xshashegrichiziqbilantasvirlanadi, lekinU_segrichiziq, ordinatalaritokegrichizig’iordinatalariniωortishibilankamayadiganko’paytuvchi1/ωCgako’paytirishyo’libilanolinadi. Buningoqibatidakondensatordagikuchlanishrezo­nanschastotaω₀gaqaragandabirozkamroqbo’lganburchakchastotasiω_sdauziningengkattaqiymatigaerishadi.

Xarakteristikalarnituzishdakuchla­nishU_L=IωLtokegrichizig’iordinata­larinichastotaortishibilankattalashadiganωLqiymatgako’paytirishorqalitopiladi. Shu sababli U_L ning eng kat­ta qiymatiω_L>ω₀ chastotaga muvofiq keladi.

Kuchlanishlar rezonansi — elektro­energetika ustanovkalarida xavfli ho­dsadir.U kutilmaganda paydo bo’lishi mumkin, bunda suyuqlanuvchan saqlagichlar zanjirni xavfli yuqori kuchlanish­lar paydo bo’lishidan saqlabsololmaydi. Lekin aloqa texnikasida, avtomatikada kuchlanishlar rezonansi hodisasidan muayyan chastotaga mo’ljallangan qabul qiluvchi va uzatuvchi qurilmalar ni sozlash uchun keng qo’lamda foydalaniladi.

O’ZGARUVCHAN TOKZANJIRLARININGO’TKAZUVCHANLIKLARI

O’zgaruvchan tok iste’molchilarining ko’pchiligida bir xil elementlarning uzi aktiv va reaktiv parametrlarga ega bo’ladi. Masalan, izolyasiyalangan simdan tayyorlangan g’altakda har bir o’ramning aktiv qarshiliki bo’ladiva shu bilan birga undan magnitoqimo’tadi. Ilgari biz hisoblashlar uchun g’altaklarni ketma-ket ulangan ikkita alohida elementga: biri fasat aktiv qarshilikka, ikkinchisi esa—faqat induktivlikka ega bo’lgan elementlarga ajratgan edik. Shu yo’l bilan biz g’altakning ekvivalent sxemasini tuzgan edik (66rasm, a). Bunday sxema uchun biz vektor diagrammani surdik, unda tokvektori I asos bo’lgan edi, kuchlanishvektori U esa aktiv kuchlanish U_a = Ir bilan reaktiv kuchlanish U — Ijx ning yig’indisidan hosil bo’lgan (67 rasm). Lekin ko’phollarda g’altaklar va shunga uxshash bo’lsa energiya iste’molchilarini parallel ulangan elementlardan tarkib topgan deb qarash maqsadga muvofiq (66rasm, b). Bu elementlarninr birinchisida elektr energiyasi issiqlikka aylanadi—bu O’tkazuvchanligi g bulgangan aktiv element, ikkinchi elementda isroflar bo’lmaydi, unda magnit maydon vujudga keladi — bu o’tkazuvchanli­gi bo’lgan reaktiv induktiv element. Shunday qilib ekvivalent parallel almashtirish sxemasi tuziladi. Bunda vektor diagrammasini tuzishda kuchlanish vektori asos bo’lib xizmat qiladi, tok vektori esa tokning aktiv I_a = Icosω va reaktiv I_p = I sin tashkil etuvchilarining qo’shilishidan hosilbo’ladi (68rasm). Bu ikkala tok kuchlanish U ga proporsional. Kuchlanish bilan tok­lar orasidagi proporsionallik koeffisiyentlari g vab o’tkazuvchanliklarbo’ladi.

Ekvivalent sxema tarmog’ining aktiv o’tkazuvchanligi g = Ia/Uva, binobarin, Ug = I_abo’ladi.