Қорек көздері пәніне кіріспе

№1 дәріс

Қорек көздері пәніне кіріспе

     Электрлік қорек көздері бұл бірінші  реттік қорек көзінің электр энергиясын электр қондырғыларын қорек көзімен  қамтамасыз ету үшін белгілі бір  шаманы түрлендіреді. Түрлендіру операциясын  орындайтын қорек көзі екінші ретті  қорек көзі деп аталады. Бірініші реттік қорек көздері ретінде  өндірістік айнымалы ток желісін  немесе дербес айнымалы ток көздерін және тұрақты ток көздерін пайдаланады. Бұл қорек көздері тікелей, әр түрлі электрлік құрылғыларын қоректендіруге мүмкіндік бола бермейді. Міне, осы  себептен бірінші ретті қорек  көздерін энергияны түрлендіретін  құрылғыларға қажеттілік туады. Екінші ретті қорек көздері күшейткіштерді, интегралдық жүйелерді және де осы  айтылған электр сұлбаларын пайдаланып құрасытырылған қондырғыларды ток  көзімен қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Өндірістегі қолданылатын электр көздерінің кернеулері 220В, ал аккумуляторлық ток  көздерінің кернеулері 12В. Жоғарыда айтқанымыздай, бұл кейбір аспаптарды қоректендіруге жарамайды. Екінші реттік қорек көздері  негізгі 3 түрлі блоктардан туады:

1. Жиілікті реттеу;
2. Тұрақтылықты қамтамасыз ету;
3. Кернеудің шамасын беру.

     Жиілікті  реттеу формасы түрлендіретін энергияның қажеттілігіне байланысты 2 негізгі  классқа бөлінеді:

1. Түзеткіштер;
2. Инверторлар.

     Түзеткіш дегеніміз айнымалы токты және кернеуді тұрақты токқа түрлендіреді.

     Инвертор дегеніміз тұрақты кернеуді айнымалы кернеуге айналдырады.

     Автоматиканың барлық құрылғылары сырттан қоректендіруге байланысты категорияларға бөлінеді. Бірінші категорияларға электрқабылдағыштары жатады. Екінші категорияға өндірістік электр энергиясын пайдаланытын құрылғылар жатады. 
 
 
 
 
 
 

     №2 дәріс

     Қорек көздері туралы жалпы  мағлұмат

     Көптеген  электронды құрылғылардың жұмыс  істеуі үшін бір немесе бірнеше қорек  көздері болуы қажет.

     Барлық  қорек көздерін 2 топқа бөлуге болады:

1. Біріншілік қорек көздері;
2. Екіншілік қорек көздері.

     Радиоэлектронды құрылғылардың құрамына 1 топты және 2 топты қорек көздері бір мезгілде пайдалануы мүмкін. 

     Біріншілік  қорек көздері

     Бұл топқа жататын қорек көздері :

1. Химиялық қорек көздері (галваникалық элементтер, батарея және аккумуляторлар);
2. Термобатареялар;
3. Термоэлектронды түрлендіргіштер;
4. Фотоэлектрлік түрлендіргіштер;
5. Отынды элементтер;
6. Биохимиялық қорек көздері;
7. Атомды элементтер;
8. Электромашиналы генераторлар.

     Химиялық  қорек көздері - автономды қоректі талап ететін, аз қуатты құрылғылар мен аппаратураларды топпен қоректендіру үшін кеңінен қолданылады. Батареялар мен аккумуляторлар санымен қатар қосымша және резервті қорек көзі ретінде пайдаланылады. Мұндай қорек көздерінің шығыс керенуінің айнымалы құраушысы жоқ десе де болады.

     Термобатареялар – бұл тізбектегі қосылған термопаралар. Термобатареялар аз қуатты қорек көзі ретінде пайдаланылады. Мысалы: радиоқабылдағыштар.

     Термоэлектронды түрлендіргіштер - қатты қызатын катоды бар вакуумды немесе газды аспаптар. Жылу энергиясын электр энергиясына айналдыру бұл құрылғыларда термоэлектронды эмиссия құбылысының арқасында жүзеге асады.

     Фотоэлектрлік түрлендіргіш – жылу және күн энергиясын электр энергиясына түрлендіреді. Фотоэлектронды түрлендіргіштер аз қуатты қажет ететін радиоэлектрлік, спутниктегі техникаларда қолданылады.

     Отындыэлементтер – химиялық реакцияның энергиясын электрлік энергияға түрлендіреді. Жұмыс істеу принципі заттың тотықтануына негізделген.

     Биохимиялық ток көздері отындық қорек көздері сияқты химиялық реакция энергиясын электр энергиясына түрлендіреді.

     Атомды  элементтер аз қуатты қажет ететін радиоэлетронды аппаратураларды қоректендіру үшін қажет. Жұмыс істеу принципі атомды элемент 2 электродтан тұрады. Екі электродтын арасында диэлектрик немесе вакуум болады. Электродтың біреуіне радиоактивті стронций орнатылады. Стронций β сәулесін шығарады. Осының арқасында 2 электродтың арасында кернеулер айырымы пайда болады.

     Электромашиналы генераторлар механикалық энергияны электрлік энергияға түрлендіреді. Олар тұрақты және айнымалы ток генераторлары болып екіге бөлінеді.

     Екіншілік қорек көздері жоғарыда айтып  өткендей радиоэлектронды аппаратуралардың құрамдас бөлігі болып табылады. Ол біріншілік қорек көзінен алынған  электр энергиясын қоректендірілуі  керек болған радио электронды аппартуралардың  талабына сәйкес түрлендіріп береді. 

     Екіншілік қорек көздерінің классификациясы

     Екіншілік қорек көздерінің төмендегі параметрлеріне сәйкес классификациялауға болады:

1. Қоректендіретін тізбектің түрлеріне байланысты
1. Бір фазалы айнымалы ток желісінің электр энергиясын пайдаланатын қорек көздері;
2. Үш фазалы айнымалы ток желісін электр энергиясын пайдаланатын қорек көздері;
3. Автономды тұрақты ток көзінің энергиясын пайдаланатын қорек көздері;
2. Жүктемеге түсетін кернеуге байланысты:
1. Төмен кернеулі қорек көздері 100 В – қа дейін;
2. Орташа кернеулі қорек көздері 100 В – 1000 В дейін;
3. Жоғары кернеулі қорек көздері 1000 В – тан жоғары;
3. Жүктеменің қуатына байланысты:
1. Аз қуатты қорек көздері 100 В – қа дейін;
2. Орташа қуатты қорек көздері 100 В – 1000 В дейін;
3. Жоғары қуатты қорек көздері 1000 В – тан жоғары;
4. Жүктеменің тогының түріне байланысты:
1. Шығысындағы тогы айнымалы қорек көздері;
2. Шығысындағы тогы тұрақты қорек көздері;
3. Шығысындағы тогы тұрақты айнымалы қорек көздері;
5. Шығысының санына байланысты:
1. Бір шығысы бар;
2. Көп каналды шығысы бар;
6. Жүктемедегі кернеудің тұрақтылығына байланысты:
1. Тұрақтандырылған қорек көздері;
2. Тұрақтындырылмаған қорек көздері;

     Қорек көздерінің ерекшелігі ол қоректендірілетін  электр құрылғының сипаттамасының талаптарына  сәйкес анықталады. Ал ол қорек көздерін жобалауда қатаң талаптар қояды, ол талаптар: массасы, көлемі, құны, сенімді  әрі тұрақты жұмыс істеуі. Тұрақты  және айнымалы токтың беретін энергиясының шамасы бірнеше мВт – тан мыңдаған Вт – қа дейін өсуі мүмкін. Ал кернеу бірнеше вольттан мыңдаған вольт  болуы мүмкін. Ал кейбір қорек көздері  шығыс кернеуінің жиілігі 1 Гц –  тен 1000 Гц болуы мүмкін. Барлық жағдайда мүмкіндігінше пайдалы әсер коэффициентін  жоғары болуына қол жеткізу керек. П.Ә.К төмендеген сайын қорек көздеріне  қосымша салқындатқыштар керек  болады. Ал бұл оның массасының және көлемінің артуына әкеліп соғады. Дегенмен, қорек көздерінің негізгі  функциясы кіріс кернеуінің үлкен  ауытқуына қарамай шығыс кернеуін тұрақты қамтамасыз ету болып  табылады. Бұл оның сапасының көрсеткіші болып табылады. Бұл оның сапасының  көрсеткіші болып табылады.

     № 3 дәріс

     Электр  энергиясымен қоректендіретін  ток желісінің  параметрлері 

     Қорек көздері желісінің параметрлері:

1. Қоректендіруші кернеудің номиналды мәні;
2. Қоректендіруші кернеудің салыстырмалы тұрақсыздығы, ол қоректендіруші кернеудің номиналды мәнімен салыстырғанда өзгеруі.

δU_ж.ш. = _∙100%

δU_т.ш. = _∙100%

мұндағы U_max және U_min желінің қоректендіруші кернеуінің максималды және минималды мәндері.

3. Қоректендіруші желі және біріншілік электр энегиясының қорек көздері ішкі кедергілері;
4. Екіншілік қорек көздері шығысындағы қоректендіруші кернеудің лүпілдеу деңгейі.

     Лүпілдеу  деңгейі – бұл тұрақтандырылған кернеудің айнымалы құраушысының амплитудасы. Лүпілдеу деңгейі сонымен қатар  былай анықталады: тұрақты токтың айнымалы құраушысының амплитудасын тұрақты  токтың номиналды мәніне бөлу арқылы.

                          U_aa

    U₀                                                               k =  

                                                     t                  k ≈ 2

5. Қоректендіруші кернеудің формасының ауытқуы және бұрмалануы, фазасының өзгеруі және жиілігі.

Екіншілік қорек көздерінің параметрлері

1. Номиналды шығыс кернеудің және токтың мәні;
2. Пайдалану кезіндегі шығыс кернеуінің тұрақсыздығы;
3. Максималды және минималды номиналды қуат мәні;
4. Біріншілік электр желісінің тогының номиналды мәні;
5. Айнымалы ток желісінің қоректенетін қорек көздері үшін қуат коэффициенті

cosφ =

S =

мұндағы Р – толық қуаттың активті құраушысы; ал S – қуаттың айнымалы құраушысы. Тұрақты ток үшін cosφ=1.

6. ПӘК

η=100

      Мұндағы P_{ж i} i шығысқа берілетін номиналды қуат, P_Т,ном - толық номиналды қуат пайдаланылатын.

7. Қорек көздерінің ішкі кедергісі шығыс кернеудің сол өзгеріске себепші болған шығыс тогының қатынасы.

 U_n 

                                    ΔI      Δu                             R=

                                               I

8. Шығыс кернеуінің лүпілдеу деңгейі немесе лүпілдеу коэффициенті

k =   k ≈ 2 

Химиялық  қорек көздері.

Химиялық  қорек көздері 2 топқа бөлінеді:

1. Гальваникалық элементтер және батареялар;
2. Аккумуляторлар.

     І топтағы химиялық қорек көздерінің меншікті электр сыйымдылығы 2 топтағы  химиялық қорек көздерімен салыстырғанда  жоғары және олар арзан тұрады. Ал, аккумуляторлардың  артықшылығы олардың бірнеше  рет қайта зарядталуы. Осы себептен жалпы алынатын электр энергиясы  арзан түседі. Аз қуатты аппаратуралармен құрылғыларды қоректендіретін аккумуляторларда 200 – ден 1000 реттей қайта зарядттауға  болады. Химиялық қорек көздерін таңдағанда ең алдымен химиялық қорек көздері  қоректендіретін аппаратураның  жүйесінде бағасына, энергия сыйымдылығына, ұзақ мерзімге сақталуына, зараядталу барысында кернеудің тұрақтылығына, ішкі кедергісіне берілетін токтың максимал мәніне, жұмыс істеу температурасына  массасына және көлемдік көрсеткіштеріне  назар аудару керек. 

Химиялық  қорек көздерінің класификациясы және параметрлері

1. Гальваникалық элементтер, батареялар.

     Гальваникалық элемент бұл химиялық электр тогының  көзі, бұл құбылысты бірінші анықтаған  Гальвани, соның құрметіне гальваникалық  элементтер деп аталады. Жұмыс істеу  принципі 2 түрлі металдың электролит арқылы әсерлесуіне негізделген. Гальваникалық  элементтің электр қорғаушы күшінің  шамасы электродтардың материалына  және электролиттің құрамына байланысты, қарапайым гальваникалық элемент 2 электродтан тұрады.

     Мырыштың  судағы ерітіндісіне батырылған мырышты  электродтан тұрады, мыстың судағы ерітіндісіне батырылған мыс электродтардан тұрады. Сыртқы тізбекті тұйықталғанда  цинктың атомдары цинкты электродтың  бетінде тотығады, ол ионға айналады.

Zn      Zn²⁺ + 2e

     Бұл электрондар сыртқы тізбек арқылы мыс  электродқа барады және оны қалпына  келтіреді. Тізбек арқылы электрондарың  ағысы элементтің шығаратын тогы болып табылады. Химиялық түрлендіруі  мен электр энергиясын түрлендіретін  реакция былай жазылады.

Cu²⁺ + Zn       Cu + Zn²⁺

     Цинкты  электрод анод деп, ал қалпына келтіретін мыс электрод каод деп аталады.

Электродты  потенциал және ток

     Электрохимиялық ұяшықтардың негізгі электрлік  параметрлері бұл ток күші – А, потенциалы – В.

Ток күші электродта жүретін реакция жылдамдығымен  анықталады, ал потенциал ұяшықтағы  процесстердің энергиясымен анықталады. Егер энергияны Дж – мен, ал электр мөлшерін Кл анықталса,

1В = 1Дж/1Кл;

     Сонымен электр қозғаушы күші дегеніміз бұл  ұяшықта жүретін химиялық реакцияның энергиясының өлшем бірлігі. Гальваникалық  элементтердің бірнеше түрлері бар көмір цинкты, хлорлы цинкты, сілтілі марганецты, сынапты цинкті, күмісті цинкты және литийді. Олардың разрядталуы суретте келтірілген, γ сыйымдылықтың шығындалуының өлшемі.

U, B 
 
 

3,0 6

2,5

2,0                                   5

1,5                                                   4

1,0                        3 

0,5 1 2

0

                                     50                                  100      γ,%

     Гальваникалық элементтердің разрядталу қисығы

1. Угольно – цинковые;
2. Хлористо – цинковые;
3. Щелочные;
4. Ртутные;
5. Серябряно – цинковые;
6. Литиевые.

     Гальваникалық элементтер түріне, типіне байланысты стандартталған элементтің өлшемі және олардың белгіленуі халықаралық  электротехникалық комиссиясымен  қабылданылады.

     Гальваникалық элементтердің типтерінің салыстырмалы сипаттамасын көрсететін кестені келтірейік.

     №4 дәріс

     Аккумуляторлар. Аккумуляторлар туралы жалпы мағлұмат

     Электрлік аккумуляторлар бұл электр энергиясын жинап, соңына қайта пайдалануға  беретін аспап. Аккумулятордың электр энергиясын жинау процессін зарядталу, ал электр энергиясын беру процессі разрядталу деп аталады. Алдыңғы сабақта  батареялар қарастырылғанда айтқанымыздай  химиялық энергияны электр энергияға, ал электр энергиясын химиялыққа түрлендіруді электрохимиялық процесстер деп  аталады. Ал процесске қатысатын  заттарды активті заттар деп атайды.

     Электрлік аккумуляторлардың  негізгі сипаттамалары

     Электрлік аккумуляторлардың негізгі параметрлері Э. Қ. К – і, ішкі кедергісі, кернеуі, сыйымдылығы, энергияны қайта қайтарымдылығы. Аккумуляторлардың Э. Қ. К – і  тұрақты болады. Және ол сыртқы тізбек ажыратылып тұрған кездегі аккумулятордың электродтардың потенциалдарының айырымы  арқылы анықталады.

     Е = φ_- - φ₊

мұндағы φ_- , φ₊ оң және теріс электродтардағы потенциалдар.

     Потенциалдардың шамасының тұрақтылығы және электролиттің  тығыздығына, құрамына тәуелді болады. Электрік аккумуляторлардың ішкі кедергісі  оның жұмыс істеу режиміне тәуелді  болады.

Аккумулятордың  кенеуі зарядты және разрядты деп  бөліп айтады. 

U_Р = E – I_Р ∙ R_Р                     U_З = E – I_З ∙ R_З

мұндағы I_Р ∙ R_Р, I_З ∙ R_З разрядталу мен зарядталуындағы ток күші мен ішкі кедергілері.

     Электрлік аккумуляторлардың сыйымдылығын разрядты және зарядты сыйымдылық деп 2 –  ге бөледі. Электрлік аккумуляторлардың  разрядталу сыйымдлығы мен разрядталуға кеткен уақытты разрядталу ток күшіне көбейткенге тең. Ал разрядты сыйымдылық зарядталуға кеткен уақытты зарядталу  ток күшіне көбейткенге тең.

C_р = I_{р ∙} T_р                          C_з = I_{з ∙} T_з

     Сыйымдылықтың өлшем бірлігі - Ам _∙ сағ. Аккумулятрлардың қайтымдылығы сыйымдылық бойынша және энергия бойынша қайтымдылық деп екіге бөлінеді.

η_с =

     Қалыпты жағдайда толығымен разрядталған берген электр энергиясының мөлшері аккумулятордың номиналды сыйымдылығы деп аталады. Аккумулятордың бірлік сыйымдылығы дегеніміз номиналды сыйымдылықты аккумулятордың көлеміне немесе массасына бөлгенге тең.

     Ішкі  кедергі. Аккумулятордың ішкі кедергісі (1/100) ∙ 10 шамаға тең. Разрядталу барысында  ішкі кедергі артады, зарядталу барысында  кемиді. Аккумуляторлар сілтілік және қышқылдық болып 2 – ге бөлінеді.

Қышқылдық аккумуляторлар

     Қышқылдық аккумуляторлар пластиналардан, пластина блогтарынан, электролиттерден және бактардан  тұрады.

     Пластина  – қорғасыннан жасалынған торлар. Ол торларға активті заттар жабылған, оң пластиналардың активті заты ол – қоңыр түсті қорғасынның  қос тотығы. Ал теріс пластиналардың активті заты ақшыл сұр түсті  кеуекті қорғасыннан тұрады. Жұмыс  істеу кезінде ол активті заттарға сіңіп тұрады.

     Қышқылдық аккумуляторлардың оң және теріс  пластиналары барсетка деп аталатын қыстырма арқылы өзара параллельді  жалғанады.

     Оң  пластиналардың торын теріс платиналардың  ортасына орналастырады. Олардың арасына  қысқа тұйықталу болмау үшін изолятор орналастырады, оны сепараторлар деп  атайды. Оларды кеуекті эбонидтен, пластмассалардан және басқа заттардан жасайды. Қышқылдық  электрлік аккумуляторларда электролит ретінде күкірт қышқылының дистелденген судағы екртіндіс іпайдаланылады. Электролиттің  негізгі сипаттамасы, бұл оның тығыздығы. Қышқылдық электрлік аккумуляторларда электролиттің тығыздығы 1,2 ден 1,3 –  ке гр/см³ аралықта болады. Қышқылдық электрлік аккумуляторлар разрядталғанда оң пластиналардағы қорғасынның қос тотығы күкірт қышқылды қорғасынға айналып қалпына келеді. Ал таза кеуекті қорғасынның теріс пластиналары күкірт қышқылды қорғасынға айналады. Бұл реакция барысында күкірт қышқылы шығынданады және су пайда болады. Сол себепті электролиттің тығыздығы азаяды. Қышқылды электрлік аккумуляторлар зарядталу барысында кері процесс жүреді. Оң пластиналардың күкірт қышқылды қорғасыны оның қос тотығына тотыға алады. Ал теріс пластиналардың күкірт қышқылды пластиналары таза қорғасынға айналып қалпына келеді. Мұндағы жүретін электро – химиялық реакцияның түрі мынадай:

PbO₂ + 2H₂SO₄ +Pb                        PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄

          (аккумулятор зарядталуы)          (аккумулятор разрядталуы)

     Қышқылды  электрлік аккумуляторлардың орташа жұмыс істеу кернеуі 2 В. Зарядталу  кернеуі 1,2 ден 2,7 – 2,8 – ге дейін  көтеріледі. Аккумуляторды зарядталу  құрылғысынан ажыратқанда кернеу 2,2 В дейін төмендейді. Разрядталу кезінде  кернеу 1,7 В – қа дейін төмендейді. 1,7 В разрядталудың соңы болып  табылады. Ары қарай разрядталу аккумулятор  пластиналарының істен шығуына  алып келеді. Қышқылды элекрлік аккумуляторлардың  қайтымдылығы сыйымдылық бойынша η_с = 80 - 90%. Ал энергиялық қайтымдылығы η_w = 70 - 80%. Сонымен қатар қышқылдық электрлік аккумуляторлардың өздігінен разрядталу процессі жүреді. Оның шамасы тәулігіне 1 – 1,5%.

     Сілтілік  аккумуляторлар

     Сілтілік  электрлік аккумуляторлар пластинаның  активті затына байланысты 3 түрге  бөлінеді. NiCd, NiFe, AgZn. NiCd, NiFe сілтілік аккумуляторлары  кеңінен қоданылады. Сілтілік электрлік  аккумуляторларда электролит ретінде  тығыздығы 1,2 гм/см³ тең улы кадмидің судағы ертіндісі пайдаланылады. Никель – кадмийлі сілтілік электрлік аккумуляторларда жүретін химиялық реакция кезінде:

1. Разрядталу оң пластинадағы никельдің гидрооксиді никельдің шала тотығына өтеді, ал теріс пластинадағы кеуекті кадмий шала тотыққан гидратқа өтеді.
2. Зарядталғанда реакция кері жүреді, қалпына келу процессі орындалады.

                                      (+) (-) Разряд (+) (-)

     2Ni(OH)₃ + KOH + Cd                    2Ni(OH)₂ + KOH + Cd(OH)₂

(аккумулятор зарядталды)    Заряд   (аккумулятор разрядталды)

     Толық разрядталған NiCd –лі сілтілік электрлік  аккумулятордың Э.Қ.К–і 1,3В, номиналды  кернеуі 1,2 В – қа тең, разрядталғандағы кернеуі 1В. Орташа жұмыс істеу кернеуі 1,25 В – қа тең. Зарядталғанда кернеу 1,8 В – қа дейін көтеріледі. Ал разрядталғанда 1,25 тен 1,2 В – қа дейін  төмндейді.

     Сыйымдылық  бойынша қайтымдылығы 60 - 70%. Энергия  бойынша қайтымдылығы 50 - 60%.  
 
 

№5 дәріс

Трансформаторлар

     Трансформатор энергия жүйелерінде электр энергиясын электростанциядан қолданушыға  жеткізу үшін пайдаланылады. Электр энергиясын пайдаланатын құрылғылар: автоматика жүйелері, есептеуіш техникасы, байланыс құралдары, радиолар. Қоректендіру жүйесіндегі трансформаторларды төмендегі  көрсеткіштері бойынша классификациялауға болады: