Avval o‘rganing: Elektromagnit induksiya
Uyimizdagi rozetkadagi tok — o‘zgaruvchan tok: uning kuchi va yo‘nalishi sekundiga 50 marta to‘liq tsikl bilan o‘zgaradi. Bunday tokni generatorda hosil qilish, transformator bilan kuchlanishini o‘zgartirish va uzoq masofaga uzatish oson. Bu mavzuda effektiv qiymatlar, induktiv va sig‘im qarshiliklar, RLC zanjir, rezonans, quvvat koeffitsienti va transformatorni o‘rganamiz.
N o‘ramli, yuzi S bo‘lgan ramka bir jinsli B maydonda ω burchak tezlik bilan aylanadi. Oqim Φ = BS·cos ωt o‘zgaradi va elektromagnit induksiya qonuniga ko‘ra EYuK hosil bo‘ladi:
e = E_max·sin ωt, E_max = NBSω
100 o‘ramli ramka (yuzi 200 cm²) 0,1 T maydonda 50 Hz chastota bilan aylanadi. EYuK amplitudasi?
O‘zgaruvchan tokning effektiv qiymati — rezistorda xuddi shuncha issiqlik ajratadigan doimiy tok qiymati:
I = I_max/√2, U = U_max/√2
Ampermetr, voltmetr va asboblar yorlig‘idagi qiymatlar — effektiv qiymatlar. Tarmoqdagi "220 V" ning amplitudasi U_max = 220·√2 ≈ 311 V.
Tenglamani o‘qish: u = 311·sin 314t dan U_max = 311 V, U = 220 V, ω = 314 rad/s, ν = ω/(2π) = 50 Hz.
X_L = ωL
X_C = 1/(ωC)
Chastota ortsa, X_L ortadi, X_C kamayadi.
50 Hz da L = 0,1 H g‘altak va C = 100 μF kondensatorning qarshiliklari?
Kuchlanishlar fazalari turlicha bo‘lgani uchun qarshiliklar oddiy qo‘shilmaydi, balki vektor kabi qo‘shiladi:
To‘la qarshilik: Z = √(R² + (X_L − X_C)²)
Om qonuni: I = U/Z
Fazalar siljishi: cos φ = R/Z
Rezonans — X_L = X_C bo‘lganda: Z = R eng kichik, tok eng katta.
ω₀ = 1/√(LC), ν₀ = 1/(2π√(LC))
Bu tebranish konturining xususiy chastotasi bilan bir xil.
R = 8 Ω, X_C = 9 Ω, X_L = 3 Ω, U = 140 V. Tok va quvvat?
Energiya faqat aktiv qarshilikda sarflanadi; g‘altak va kondensator energiyani davr ichida olib, qaytarib beradi.
Aktiv quvvat: P = UI·cos φ = I²R
cos φ — quvvat koeffitsienti. U kichik bo‘lsa, kerakli quvvat uchun katta tok kerak bo‘ladi va simlarda isrof ortadi, shuning uchun korxonalarda cos φ ni oshirishga harakat qilinadi.
Transformator — umumiy po‘lat o‘zakdagi ikki chulg‘am. Birlamchi chulg‘amdagi o‘zgaruvchan tok o‘zakda o‘zgaruvchan oqim hosil qiladi, u ikkilamchi chulg‘amda EYuK induksiyalaydi. Doimiy tokda transformator ishlamaydi.
U₁/U₂ = N₁/N₂ = k, ideal transformatorda U₁I₁ = U₂I₂
N₁ = 1000, N₂ = 50, U₁ = 220 V. Ikkilamchi zanjirda 2 A tok bo‘lsa, U₂ va I₁?
Elektr stansiyalari generatorlarida bitta emas, uchta chulg‘am bor; ular bir-biriga nisbatan 120° ga burilgan. Shuning uchun uchta EYuK bir xil amplituda va chastotaga ega, lekin fazalari 120° ga (davrning uchdan biriga) siljigan. Bu uch fazali tok tizimi. Iste’molchiga to‘rtta sim keladi: uchta faza simi va bitta nol sim.
Faza kuchlanishi (faza–nol): U_f = 220 V; liniya kuchlanishi (faza–faza): U_l = √3·U_f ≈ 380 V
Uylarga odatda bitta faza va nol ulanadi (220 V), sanoat dvigatellariga esa uchala faza (380 V). Uch fazali tizimning afzalliklari: simlar soni kam bo‘lgani holda ko‘p quvvat uzatiladi, fazalar yuklamasi teng bo‘lsa nol simdagi tok deyarli nol, uch fazali tok esa dvigatelda aylanuvchi magnit maydon hosil qiladi — asinxron dvigatellar shu tufayli oddiy va ishonchli.
Elektr energiyasini uzatishda liniya simlarining qarshiligi R_l bo‘lsa, ulardagi isrof ΔP = I²R_l. Uzatilayotgan quvvat P = UI bo‘lgani uchun (cos φ = 1 da):
ΔP = P²R_l/U²
Kuchlanish n marta oshirilsa, isrof n² marta kamayadi. Shuning uchun stansiyada transformator kuchlanishni yuzlab kilovoltgacha oshiradi, shahar yaqinida esa bosqichma-bosqich 10 kV, so‘ng 380/220 V gacha pasaytiradi.
Faza kuchlanishi 220 V bo‘lgan tarmoqda liniya kuchlanishi qancha?
100 kW quvvat qarshiligi 0,5 Ω liniya orqali uzatiladi (cos φ = 1). 10 kV va 400 V da isrof?