O‘quv materiallari ma’ruzalar matni 1 – ma’ruza

O‘TKAZGICHLARNING TOK TA'SIRIDA QIZISHI VA SIMLARNI QIZISHGA HISOBLASH

Elektr zaijirda qarshilikning roli mexanik sistemadagi ishqalanishning roliga o‘xshaydi. Rezistorlarda elektr energiyasi qaytmas ravishda o‘zgarib, ichki energiyaga – issiqlikka aylanadi. Bunday o‘zgarish erkin elektronlarning ilgarilama xarakat qilib elektr toki hosil qilishida atomlar bilan qo‘shimcha to‘qnashuvi tufayli sodir bo‘ladi. Bunday to‘qnashuvlarda elektronlar o‘tkazgich atomlariga (metallarda musbat ionlarga) qo‘shimcha znergiya beradi. Bu energiya kristall panjaralarning tugunlaridagi musbat ionlarning tebranishini kuchaytiradi.

Tokning o‘tkazgichdan ajratib chiqaradigan issiqlik miqdori Q (J) zaryad qsiljiganida elektr maydon bajaradgan ish A ga teng: Q = A = Ug = Ult yoki U = lr va I = Ug ni qo‘ysak, quyidagini olamiz:
Q = I²rt = U²gt, (15)
Agar nssiqlikni joul hisobida emas, balki kaloriya hisobida ifodalasak, Q = 0,24 I2rt = 0,24U²gt koloriya bo‘ladi.
Bu Joul-Lents qonuni bo‘lib, elektr toki o‘tganida o‘tkazgichdan ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini aniqlaydi. Bu qonunni ingliz olimi J.Joul va undan bexabar holda rus akademigi E. X. Lents aniqlaganlar.
Toshkent issiqlik ta'siri bir tomondan zararli qushimcha hodisa hisoblanadi. Elektr energiyasi manbaini uning iste'molchilari bilan tutashtiradigan simlarning tok ta'sirida qizib ketishi simlarni tok binlan nagruzkalashni cheklaydi, chunki temperaturning ko‘tarilishi izoliyatsiyaning yemirilishiga olib keladi. Shu sababli ko‘p hollarda simlarni kuchlanish isrofiga hisoblashning o‘zi yetarli bo‘lmaydi, ularni qizib ketishga ham qo‘shimcha hisoblash zarur bo‘ladi.
Elektr mashina. va aparatlarda chulg’amlar simining qizib ketishi iomaqbul, lekin muqarrar hodisa hisoblanadi. XX asr boshlarida tayyorlangan elektr mashinalar kam qizir edi, chunki ularning o‘lchachamlari va, jumladan, simlarining kesim yuzasi katta zapas bilan tanlanadi.
"Kaloriya — issiqlik miqdorining sistemadan tashqari birligi— bu bir gramm suvni 19,5 dan 20,5°S ga qadar (normal bosimda) isitish uchun zarur bo‘lgan issiqlikdir: 1 kal= 4,1868J.
Lekin keyinchalik konstruktorlar mashinaning massasi va o‘lchamlarini kichraytirishga, shuningdek, qimmatli rangli metallarni tejashga harakat qilib, hozirgi elektr mashina apparatlarning nominal nagruzkada qizishini izolyatsiya materiallar uchun yo‘l qo‘yiladigan chegaraga yetkazib qo‘ydilar.Elektr mashinalarda issiqlik ko‘payishi ularning f. i. k ni tegishlicha kamytirdi va ajralib chiqayotgan issiqlikni olib ketish uchun maxsus choralar ko‘rishni (ventilyatsiya va hokazo) taqazo qiladi, issiqbardoshligi yuqori bo‘lgan yangi izolyatsiya materiallari ishlab chiqildi. Materiallardan to‘liq foydalanilishi tufayli elektr mashinalar, apparatlar va priborlarning massasi bilan o‘lchamlarini 2—3 va undan ko‘p marta kamaytirishga erishildi.
Ikkinchi tomondan, elektr tokining qizdirishidan cho‘g’lanish lampalarida, elektr pechlarda, turmushdagi elektr isitish priborlarida, shuningdek, elektr ustonovkalarini qisqa tutashuvlaridan va o‘ta nagruzkalardan saqlash priborlarida foydalaniladi.
Amalda elektrotexnik qurilmaning temperaturasi shu tokka muvofiq qiymatga birdaniga yetmasligini hisobga olishga to‘g’ri keladi. Dastlab o‘tkazgichda issiqlikning bir qismi Q_n o‘tkazgich temperaturasining ko‘tarilishiga sarflanadi, qolgan qismi Q_at esa o‘tkazgich sirtidan atrof-muhitga tarqaladi:
Q = I²rt = Q_k + Q_at.
Lekin o‘tkazgich temperaturasi ko‘tarila borgan sari uning atrof-muhitga issiqlik berishi ham ortadi. Nihoyat, muvozanat qaror topib, issiqlik berish tokning qizdirishi tufayli issiqlik kelishiga teng bo‘lib qoladi. I₂rt = Q_at = K_at S_atut, bunda K_at –o‘tkazgichning nisbiy issiqlik berishi; S_at-issiqlik berish sirti; u_m-o‘tkazgich temperaturasining atrof-muhit tamperaturasidan maksimal ko‘tarilishi.
Shu ifoda asosida o‘tkazgichning berilgan sharoitda atrof-muhitganisbatan qizishi mumkin bo‘lgan maksimal temperaturasini aniqlash mumkin:

I²r

u_m = ------- (16)
K_atS_at

Shu narsani ta'kidlab o‘tamizki, o‘tkazgichning yo‘l qo‘yiladigan temperatura qiymati T _o‘t temperaturaning ortishi u_m bilan atrof- muhit temperaturasining T_m yig’indisiga teng, ya'ni T_o‘t = T_m + u_m yoki u_m = T_o‘t - T_m bo‘lib, shundan ortib ketmasligi kerak.

Masalan, mashinalarning chulg’ami 105—150°S dan ortiq qizib ketmasligi lozim. Um ni hisoblashda atrof - muhit temperaturasi sifatida shu temperaturaning mumkin bo‘lgan eng noqulay qiymati Q4000S olinadi. Demak, shu chulg’am uchun
u_m = 90 – 40 = 50⁰ c.
Tok qizdirayotgan qurilmaning temperaturasi asta-sekin ko‘tariladi va jismning issiqlik sig’imi (jism temperaturasini 10S ko‘tarish uchun zarur bo‘lgan issiqlik) qancha katta bo‘lsa, shuncha sekin ko‘tariladi. Demak, qisqa, lekin muayyan muddatga ancha katta o‘ta nagruzka bo‘lishiga yo‘l qo‘yiladi.
Elektr tarmoqlari simlarining har qaysi kesimi uchun (16) formula asosida issiqlik hisobini bajarish juda qiyin, bunga sabab nisbiy issiqlik berish koeffitsenti K_at ning izolyatsiya sharoitiga, tashqi sharoitlarga bog’liqligi va sim bo‘ylab K_at ning o‘zgaruvchanligidir. Xuddi shu sababli liniya simlarini qizishga hisoblash uchun sim va kabellarga uzoq vaqt uchun yo‘l qo‘yiladigan tok nagruzkalari jadvali qo‘llaniladi.Ular PUE va spravochniklarda keltirilgan. Shu jadvallarga muvofiq simning kesim yuzasi kattalashishi bilan tokning yo‘l qo‘yiladigan zichligi I/S kamayadi, bu esa simning kesim yuzasi ortishi bilan issiqlik berish nisbiy sirtining kamayishi oqibatidir.
Shunday qilib, simlarning kesim yuzasini hisoblash tartibi quyidagicha: dastlab yo‘l qo‘yiladigan kuchlanish isrofi asosida simning kesimi yuzasi aniqlanadi va natija eng yaqin standart qiymatga qadar yaxlitlanadi; so‘ngra qizdirish sharoitlari bo‘yicha tekshirib ko‘rish uchun tok nagruzkalarining tegishli jadvalidan yul qo‘yilgan kuchlanish isrofiga ko‘ra tanlangan kesim yuzasi uchun tok topiladi. Agar bu jadvaldagi tok kuchlanish isrofi bo‘yicha hisoblangan tokdan katta bo‘lsa, u holda kuchlanish isroflarini hnsoblashda topilgan kesim yuzasini tanlash mumkin. Agar jadvalda ko‘rsatilgan tok hisoblangandan kichik bo‘lsa, u holda kesim yuzasini jadval talablariga mos keladigan darajada kattalashtirish zarur bo‘ladi.