Videonun rus dilindəki versiyası
1. Giriş
Elektrik enerjisi bəşəriyyətin dövrümüzdə istifadə etdiyi ən geniş yayılmış enerji növüdür. O, sənayedə, kənd təsərrüfatında, nəqliyyatda və məişətdə geniş tətbiq olunur. Onsuz müasir rabitə xidmətləri, kino və televiziya mövcud olmazdı. Bundan əlavə, şəhər və kəndlərin abadlaşdırılmasında mühüm rol oynayır.
Enerjinin çevrilməsi, maddələrin kimyəvi tərkibinin alınması və dəyişdirilməsi, materialların istehsalı və emalı üçün elektrik və maqnit hadisələrinin tətbiqi ilə bağlı elm və texnika sahəsi, insanların praktiki fəaliyyətində elektrik enerjisinin alınması, çevrilməsi və istifadəsi məsələlərini əhatə edən sahə elektrotexnika adlanır.
Elektrotexnikanın inkişafı elektrik dövrələri nəzəriyyəsi, elektrik maşınları nəzəriyyəsi, yüksək gərginlik texnikası və digərləri kimi elmi fənlərin formalaşmasına kömək etmişdir. Elektrotexnika radiotexnika, elektronika, telemexanika və avtomatika, eləcə də hesablama texnikası və kibernetikanın inkişafına əhəmiyyətli təsir göstərmişdir.
Elektrotexnikanın mühüm bölmələrindən biri olan elektromexanika enerjinin çevrilməsi məsələlərini əhatə edir ki, bunun da praktiki həlli elektrotexnika qurğularında gedən proseslərin analizi və təsviri ilə bağlı xüsusi metodların işlənməsini tələb etmişdir. Elektromexanikanın nəzərdən keçirdiyi məsələlərdə elektrotexnikanın riyaziyyatın müxtəlif bölmələri ilə sıx əlaqəsi izlənilir. Məsələn, elektrotexnika qurğularındakı proseslərin təsviri Maksvell tənliklərinin həllinə əsaslanır. Mürəkkəb elektroenergetika sistemlərinin optimal idarəetmə üsullarının işlənməsi və onların etibarlılığının artırılması böyük praktiki əhəmiyyət kəsb edir. Bu vəzifələrin həlli modelləşdirmə metodları və ehtimal nəzəriyyəsinin istifadəsinə əsaslanır.
Elektrotexnika vasitəsilə istənilən istehsal proseslərinin, hətta tam dövrü saniyənin hissələri ilə ölçülən proseslərin nəzarəti, idarə olunması və avtomatik tənzimlənməsi üçün elektrik cihazları yaradılır. Müasir şəraitdə elektrotexnika qurğuları və cihazları olmadan siqnalları və ya məlumatları almaq və ötürmək, temperaturu, təzyiqi, qaz və maye mühitlərinin konsentrasiyasını, sıxlığını, vibrasiyasını və s. tənzimləmək mümkün deyil.
Elektrotexnika sahəsindəki tədqiqatlar yüksək sürətli elektron hesablayıcı maşınların (EHM), elektroölçmə cihazlarının, texniki və digər obyektlərin idarəetmə sistemlərinin yaradılmasına və geniş istifadəsinə imkan vermişdir. Deməli, elektrotexnikanı bilmədən ixtisaslı mütəxəssis olmaq olmaz. İnsan istehsalın hansı sahəsində və ya istehsal idarəetməsində işləməsindən asılı olmayaraq, elektronika elmi kimya, fizika, elektrik, maqnetizm, optika, xüsusən də elektrotexnika sahəsindəki fundamental tədqiqatlar əsasında yaranmışdır.
Elektronika elektronların elektromaqnit sahələri ilə qarşılıqlı təsirini, bu qarşılıqlı təsirin elektromaqnit enerjisinin çevrilməsi, əsasən məlumatların generasiyası, gücləndirilməsi, ötürülməsi, emalı və saxlanması üçün istifadə olunduğu elektron cihazların və qurğuların yaradılması metodlarını öyrənən elmdir.
Elektronikanın əsas sahələri vakuum elektronikası və bərk cisim elektronikasıdır.
Elektronikanın qarşısında duran əsas problemlərdən biri siqnallar və məlumat axınları şəklində emal edilən məlumatların həcmini artırmaq tələbi ilə bağlıdır. Elektron komponentlərin keçid vaxtını azaltmaq, inteqrasiya dərəcəsini artırmaq, elektron çeviricilərin və ifratkeçiricilərin imkanlarını istifadə etmək məqsədi ilə elektronika məhsullarının istehsal texnologiyalarını təkmilləşdirmək lazımdır. Elektronikada mühüm istiqamətlərdən biri yüksək səmərəlilik əmsallı lazerlərin, optik rabitə xətləri üçün cihazların işlənməsidir.
Elektrotexnikanın və Elektronikanın İnkişaf Tarixi
Dünya elektrotexnikanın banisi rus alimi Vasili Vladimiroviç Petrov hesab edilməlidir. 1802-ci ildə Petrov qalvanik elementləri tədqiq edərkən batareyanın sıxaclarına kömür birləşdirərkən kömürlər arasındakı hava boşluğunda parlaq ağ rəngli alov aşkar etdi. Kömürlərin ucları o qədər qızdı ki, əriməyə başladılar. Beləliklə, Petrov dünyada ilk dəfə elektrik enerjisinin istilik və işıq enerjisinə çevrilməsi hadisəsini kəşf etdi. Sonralar bu, volta qövsü adlandırıldı. Bu tədqiqatlar elektrik enerjisinin insan həyat fəaliyyətində birbaşa praktiki məqsədlər üçün tətbiqi imkanını göstərdi.
Qeyd etmək lazımdır ki, elektrotexnika sahəsində ən mühüm ixtira və kəşflərin əksəriyyəti rus alimləri və mühəndisləri tərəfindən edilmişdir. Rus akademiki Emiliy Xristianoviç Lens Hans Xristian Orstedin və Maykl Faradeyin kəşflərini ümumiləşdirərək 1833-cü ildə induksiya cərəyanının istiqaməti haqqında qanunu müəyyən etdi və sonradan 1838-1844-cü illərdə elektrik maşınlarının dönərlilik prinsipini nəzəri cəhətdən əsaslandırdı və praktiki olaraq sübut etdi.
Rus ixtiraçı Pavel Lvoviç Şillinq 1832-ci ildə ixtira etdiyi elektromaqnit teleqrafı vasitəsilə dünyada ilk teleqraf rabitəsini həyata keçirdi. Bu, elektrik enerjisinin elektrokəsrabitə texnikası sahəsində ilk praktiki tətbiqi idi. Rus akademiki Boris Semyonoviç Yakobi ilk elektrik mühərrikini ixtira edərək qurdu, sonra 1838-ci ildə Neva çayı üzərində gəminin elektrik sürücüsünü qurdu. Bu, Yakobinin elektroxodu idi.
Sonrakı illərdə, 19-cu əsrin ortalarında, dünya alimlərinin yaradıcı fəaliyyəti qənaətcil və etibarlı elektrik generatorunun yaradılmasına yönəldilmişdi. O dövrdə istehsal olunan elektrik enerjisinin əsas hissəsi işıqlandırma üçün istifadə olunurdu. Buna 1875-ci ildə rus mühəndisi Pavel Nikolayeviç Yabloçkov tərəfindən sinxron generatorun və Yabloçkov elektrik şamı adlandırılan qövs lampasının ixtirası əhəmiyyətli dərəcədə kömək etdi. Bu şamlar Avropa ölkələrində geniş yayıldı və orada "Rus işığı" adı ilə tanınırdı.
Şəhərlərin böyüməsi və sənayenin inkişafı elektrik enerjisinin istifadəsinin əhəmiyyətli dərəcədə genişlənməsinə kömək etdi. Elektrik stansiyalarının tikintisinə başlanıldı, elektrik enerjisinin böyük məsafələrə ötürülməsinə ehtiyac yarandı. Lakin o dövrün elektrik stansiyalarında sabit cərəyan generatorları quraşdırılmışdı. Sabit cərəyan vasitəsilə elektrik enerjisini böyük məsafələrə ötürmək xətt naqillərindəki böyük itkilərə görə iqtisadi cəhətdən sərfəli deyildi. Bu, elektrik enerjisinin ötürülməsinin yeni metod və vasitələrinin işlənməsini tələb etdi.
19-cu əsrin son onilliyi sənaye istehsalında elektrik enerjisinin istifadəsi texnikasında yeni bir dövrlə əlamətdar oldu. Yeni bir texnika sahəsi - elektroenergetika yarandı, onun banisi görkəmli rus elektrotexniki Mixail Osipoviç Dolivo-Dobrovolski idi. Dolivo-Dobrovolski 1888-1890-cı illərdə üçfazlı cərəyan sistemini işləyib hazırladı və dünyada ilk üçfazlı dəyişən cərəyan generatorunu qurdu. Onun yaratdığı qısaqapanmalı dəyişən cərəyanlı asinxron elektrik mühərriki bu gün də əsas elektrik mühərriki tipidir. Eyni dövrdə Dolivo-Dobrovolski üçfazlı transformatoru, eləcə də üçfazlı elektrik enerjisinin ötürülmə və paylama sistemini yaratdı. Bu sistem də bu günə qədər bütün dünyada fəaliyyət göstərir.
Hal-hazırda müxtəlif elektrotexnika qurğuları, elektron yarımkeçirici və elektromaqnit elementləri, avtomatik sənaye robotları və manipulyatorlar yaradılır. Onların köməyi ilə texnoloji proses, idarəetmə, nəzarət və informasiya sistemləri təkmilləşdirilir.
Elektron cihazların yaradılma tarixi sərbəst elektronların elektromaqnit sahələri və müxtəlif fiziki cisimlərlə qarşılıqlı təsiri ilə bağlı fiziki hadisələrin kəşflərinə və tədqiqatlarına əsaslanır. Buna görə də, 18-ci əsrin sonunda rus alimləri Mixail Vasilyeviç Lomonosov, Georg Vilhelm Rixman və amerikalı alim Bencamin Franklinin elektrik enerjisinin tədqiqatı üzrə ilk işləri elektronikanın yaranışının başlanğıcı hesab edilə bilər. Akademik Vasili Vladimiroviç Petrov tərəfindən 1802-ci ildə elektrik qövsünün kəşfi elektrik enerjisinin texniki istifadəsinin başlanğıcıdır. 19-cu əsr ərzində həm yerli, həm də xarici alimlərin işləri elektronikanın əsasını qoydu. Ən mühüm nailiyyətlər arasında elektrik və elektromaqnit induksiya qanunlarını müəyyən edən fransız fiziki Maykl Faradeyin, elektromaqnetizm nəzəriyyəsini yaradan ingilis alimi Ceyms Maksvellin və elektron nəzəriyyəsini yaradan holland alimi Hendrik Lorensin əsərlərini qeyd etmək lazımdır. Alman fiziki Henriç Hertz tərəfindən elektromaqnit dalğalarının eksperimental aşkar edilməsi də mühüm əhəmiyyət kəsb edir.
Dünyada ilk elektrovakuum cihazı – közərmə lampası rus elektrotexniki Aleksandr Nikolayeviç Lodıgin tərəfindən ixtira edilmiş və amerikalı alim Tomas Edison tərəfindən təkmilləşdirilmişdir. Elektron cihazların yaradılması üçün mühüm kəşflər rus alimi Aleksandr Qriqoryeviç Stoletov tərəfindən fotoelektron emissiyasının və Tomas Edison tərəfindən termoelektron emissiyasının kəşfidir. Elektronikanın inkişafına 19-cu əsrin sonu - 20-ci əsrin əvvəllərində Aleksandr Stepanoviç Popov, Karl Braun, Cozef Tomson, Albert Eynşteyn tərəfindən görülən işlər böyük təsir göstərmişdir.
20-ci əsrin əvvəllərində ilk elektron cihazlar – elektrovakuum diodları və triodları, qazotronlar ixtira edildi. İngilis fiziki Con Flemminq 1904-cü ildə ilk elektron lampanı – vakuum diodunu ixtira etdi, amerikalı mühəndis Li De Forest isə 1906-cı ildə vakuum triodunu – elektron gücləndirici cihazı ixtira etdi. 1907-ci ildə rus alimi Boris Lvoviç Rozing təsvirlərin qəbulu üçün elektron-şüa borusunun istifadəsini təklif etdi ki, bu da televiziyanın başlanğıcı hesab edilə bilər.
Yerli elektronikanın inkişafına rus alimləri və mühəndisləri Valentin İvanoviç Kovalenkov, Nikolay Dmitriyeviç Popaleks, Mixail Aleksandroviç Oleks, Vladimir Losev böyük töhfə vermişlər. Sovet dövründə Aleksandr Alekseyeviç Çernışovun videokonun yaradılması ideyasını irəli sürdüyü işləri, fotoelektron gücləndiricinin ixtiraçısı Leonid Aleksandroviç Kubitskinin, qəbuledici televiziya borusunun və ikonokopun müəllifi Aleksandr Pavloviç Konstantinovun və başqalarının işlərini qeyd etmək lazımdır. Yarımkeçirici cihazların inkişafına akademik Abram Fedoroviç İoffenin məktəbinin 30-40-cı illərdəki işləri əhəmiyyətli təsir göstərmişdir. Bu işlərin ən mühümləri metal-yarımkeçirici kontaktında cərəyanın düzləndirmə nəzəriyyəsi, yarımkeçiricilərin kvant nəzəriyyəsi və yükdaşıyıcı cütlərinin (elektron-deşik) yaranma nəzəriyyəsidir. Yakov İliç Lev və digərlərinin işləri yarımkeçiricilərdə foto-EDS nəzəriyyəsini yaratdı.
Müharibədən sonrakı dövrdə, 40-60-cı illərdə inqilabi kəşflər edildi. 1948-ci ildə amerikalı alimlər Con Bardin, Uolter Brattain və Uilyam Şokli germanianın kimyəvi elementindən bipolyar tranzistor yaratdılar. 50-ci illərdə P-N keçidli sahə tranzistoru, günəş batareyaları, optronlar, tunel diodları, tiristorlar və digərləri ixtira edildi. 1960-cı ildə ABŞ-da MOS (Metal-Oksid-Yarımkeçirici) tranzistoru, 1966-cı ildə isə rəqəmsal elektronikada geniş tətbiq tapan Şottki baryerli sahə tranzistoru yaradıldı.
Elektron cihazların inkişafında rəqəmsal elektronika xüsusi yer tutur. Diskret rəqəmsal siqnalların emalı sahəsindəki nailiyyətlər elm və texnologiyanın, eləcə də bütövlükdə cəmiyyətin inkişafına əhəmiyyətli təsir göstərmiş və göstərməkdədir. Rəqəmsal elektronikanın inkişafı insan fəaliyyətində informasiya texnologiyaları və telekommunikasiya kimi bilik və fəaliyyət sahəsinin yaranması ilə bağlıdır.
1948-ci ildə bipolyar tranzistorun yaradılmasından sonra elektron cihazlar əsasında qurulmuş müxtəlif texniki qurğuların təkmilləşdirilməsi üçün yeni imkanlar açıldı. Elektronikada yeni bir istiqamət – mikroelektronika sürətlə inkişaf etməyə başladı. Bu istiqamətin əsas vəzifəsi yüksək etibarlılığa, kiçik ölçülərə və aşağı enerji istehlakına malik elektron cihazlar yaratmağa imkan verən texnologiyaların işlənməsi idi.
İngilis fiziki Con Danmer 1952-ci ildə inteqral mikrosxem ideyasını irəli sürdü. Bu, yarımkeçirici materialın bir kristalında yaradılmış miniatür elektron sxemdir. 1959-cu ildə amerikalı fizik Cek Kilbi, elektrik sahəsində mütəxəssis, beş komponentdən ibarət ilk inteqral mikrosxemi (triqqer, məntiq elementi) qurdu. Bu hadisə mikroelektronikanın praktiki tətbiqi üçün böyük təsir göstərdi, çünki əvvəllər istifadə olunan diskret elementlər üzərində qurulmuş elektron qurğularla müqayisədə inteqral sxem əhəmiyyətli üstünlüklərə malik idi. Üstünlüklər funksional imkanların genişlənməsi, daha az enerji istehlakı, daha kiçik kütlə-ölçü göstəriciləri və daha yüksək etibarlılıq göstəricilərindən ibarət idi.
1971-ci ildə ABŞ-da ilk mikroprosessor – Intel 4004 modeli yaradıldı ki, bu da 2250 tranzistor ehtiva edirdi və iki dörd bitlik ədədi 11 milyonda bir saniyədə toplaya bilirdi. 1974-cü ildə Intel 8080 mikroprosessoru buraxıldı, bu, artıq 4,5 min tranzistor ehtiva edirdi və iki səkkiz bitlik ikili ədədi 2,5 millisaniyədə toplaya bilirdi. Bir qədər sonra, 1975-ci ildə məhz bu prosessor əsasında IBM şirkəti ilk fərdi kompüteri qurdu, 1981-ci ildə isə Hewlett-Packard şirkəti 450 min komponentdən ibarət superçip buraxdı ki, bu da eyni zamanda iki otuz iki bitlik ədədi 1.8 milyonda bir saniyədə toplayırdı. 1990-cı ildə dörd milyon bit məlumat saxlamağa qadir olan yaddaş çiplərinin kütləvi istehsalına başlandı. 1992-ci ildə Yaponiyanın Sanyo Electric şirkəti yüksək temperaturlu keramikadan hazırlanmış tranzistorları buraxdı. Yeni tranzistorların sürəti yarımkeçirici tranzistorların sürətindən 10 dəfə yüksək idi. 1993-cü ildə Intel şirkəti, fərdi EHM-lər üçün yeni prosessorların işlənməsində lider şirkət, paralel rejimdə işləyə bilən iki ayrı inteqral prosessorlu 64 bitlik Pentium prosessorunun istehsalına başladı. 1999-cu ildə AMD şirkəti, bəlkə də bu günə qədər ən güclü, təxminən 10 milyon komponentdən ibarət və 900 MHz-ə qədər tezlikdə işləyən Athlon prosessorunun istehsalına başladı.
2. Elektrik və Maqnit Dövrələri
Elektrik və Maqnit Sahələri Haqqında Ümumi Anlayışlar
Qədim zamanlardan bəri insanlar elektrik və maqnit hadisələrini müşahidə etmiş, bəzən onların gücü və anlaşılmaz təbiəti ilə qorxu yaratmışdır. Lakin yunanca "elektron" (kəhrəba) sözündən gələn elektrik hadisələrinin fəal öyrənilməsi yalnız 17-ci əsrdə başlamışdır. Elektrik enerjisinin təbiətinin aydınlaşdırılmasında ilk böyük elmi uğur 18-ci əsrin ortalarında əldə edilmişdir. 1752-1753-cü illərdə Mixail Vasilyeviç Lomonosov və Georg Rixman Rusiyada, eləcə də Bencamin Franklin Amerikada atmosfer elektrik enerjisinin və cisimlərin sürtünmə zamanı elektrik yüklənməsinin ümumi olduğunu eksperimental olaraq sübut etdilər. Bu eksperimentlərin nəticələrini ümumiləşdirərək Lomonosov atmosfer elektrik enerjisi haqqında ilk nəzəriyyəni yaratdı.
Elektrik hadisələrinin tədqiqatında sonrakı istiqamət fransız fiziki Şarl Kulonun 1785-ci ildəki işi ilə müəyyən edildi. Kulon həssas burulma tərəzilərinin köməyi ilə nöqtəvi yüklərin qarşılıqlı təsirini kəmiyyətcə öyrəndi. Təcrübələrdən aydın oldu ki, yüklər arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi (F) hər bir yükün (Q1 və Q2) qiyməti ilə mütənasibdir və aralarındakı məsafənin (R) kvadratı ilə tərs mütənasibdir: . Yüklərin qarşılıqlı təsirinin daşıyıcısı elektrik sahəsidir.
Elektrik hadisələri ilə yanaşı, insanı həmişə maqnetizmin təbiəti də maraqlandırmışdır. Daimi maqnitlərin maqnit xüsusiyyətləri, dəmir əşyaları cəzb etmə qabiliyyətləri qədim yunanlara da məlum idi. Yer maqnetizmi hadisələri çinlilər tərəfindən kompas yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. Sərbəst fırlanan maqnit əqrəblər dünyanın tərəflərinin yerini göstərirdi. 1600-cü ilə qədər toplanmış maqnetizm haqqında məlumatları yekunlaşdıran ingilis fiziki Uilyam Gilbert bəzi xarici oxşarlıqlara baxmayaraq, elektrik və maqnit hadisələrinin təbiətinin fərqli olduğu qənaətinə gəldi. Buna baxmayaraq, 18-ci əsrin ortalarına qədər fiziklər arasında elektrik və maqnit hadisələri arasında sıx əlaqənin olduğuna dair inam var idi.
1820-ci ildə danimarkalı fizik Hans Orsted qalvanik cərəyanla maqnit əqrəbinin sapması hadisəsini kəşf etdi və beləliklə elektrik və maqnit hadisələrinin əlaqəsinin xarakterini aydınlaşdırmaqda ilk əhəmiyyətli addımı atdı. Fransız alimləri Jozef Gey-Lüssak və Dominik Araqo naqildə axan sabit cərəyanla dəmirin maqnitləşməsini müşahidə etdilər. Andre Amper paralel cərəyan axan naqillər arasında cazibə, əks istiqamətli cərəyan axan naqillər arasında isə itələmə olduğunu aşkar etdi. Çoxsaylı sonrakı təcrübələr göstərdi ki, maqnit sahəsi elektrik cərəyanı ilə sıx bağlıdır. Naqildən axan elektrik cərəyanı ətrafında maqnit sahəsi yaradır. Cərəyan hərəkət edən yüklü hissəciklərin axını olduğundan, maqnit sahəsinin hərəkət edən yüklər tərəfindən yaradıldığı və digər hərəkət edən yüklərin bu sahədə mexaniki qüvvələrin təsirinə məruz qaldığı aydın olur.
Sabit və Dəyişən Cərəyan Elektrik Dövrələri
Elektrik dövrəsi elektrik cərəyanı üçün yol təşkil edən elektrotexnika qurğularının məcmusu adlanır ki, burada elektromaqnit prosesləri elektrik kəmiyyətləri – elektromühərrik qüvvəsi, cərəyan və gərginlik vasitəsilə təsvir edilə bilər. Elektrik dövrəsini təşkil edən qurğular enerji mənbələri (generatorlar, elektromaqnit enerjisi və ya elektrik siqnalları), qəbuledicilər (istehlakçılar) və enerjinin ötürülməsi və çevrilməsi qurğuları (naqillər, transformatorlar və s.)dır.
Elektrik dövrələrinin xüsusiyyətləri dövrədən axan cərəyanla, enerji mənbəyinin gərginliyi ilə, elektrik dövrəsini təşkil edən bütün elementlərin müqavimət, induktivlik və tutum qiymətləri ilə xarakterizə olunur. Proseslərin analizi və hesablamalar üçün elektrik dövrəsi onun ekvivalent əvəzləmə sxemi ilə əvəz edilir ki, bu da real dövrənin ideallaşdırılmış modelini təşkil edir.
Elektrik cərəyanı elektrik sahəsinin təsiri altında keçirici mühitdə elektrik yüklərinin nizamlı hərəkəti adlanır. Əgər elektrik yüklərinin hərəkət sürəti zamanla dəyişməzsə, bu cərəyan sabit cərəyan adlanır. Elektrik cərəyanının gücü amperlə ölçülür.
Elektrik dövrəsindəki passiv elementlərə rezistorlar, kondensatorlar və induktivlik bobinləri daxildir. Elektrik dövrəsinin elementində gərginliyin cərəyandan asılılığını göstərən qrafik onun volt-amper xarakteristikası adlanır. Rezistorun müqaviməti, bobinin induktivliyi və kondensatorun tutumu elektrik dövrəsinin xassələrini xarakterizə edən parametrlər adlanır. Rezistor elektromaqnit enerjisinin geri dönməz çeviricisidir. Onun müqavimət qiyməti R ilə işarə olunur. Kondensator elektrik sahəsinin enerjisini toplayan elektrotexnika qurğusudur. Onun əsas kəmiyyəti olan tutum faradla ölçülür. Praktikada mikro- və pikofarad kimi vahidlərin hissələri tətbiq olunur. İnduktivlik bobini maqnit sahəsinin enerjisini toplayır. Bobinin sarğılarındakı cərəyan bu sarğıları kəsən maqnit axını yaradır. İnduktivliyin vahidi henridir. Praktikada 10−3 və 10−6 henri tətbiq olunur.
Zamanla dəyişən elektrik cərəyanı dəyişən cərəyan adlanır. Əgər onun ani qiyməti və istiqaməti bərabər zaman intervallarından sonra, yəni dövri olaraq təkrarlanırsa, o, dövri dəyişən cərəyan adlanır. Sinusoidal qanunla dəyişən cərəyan sinusoidal cərəyan adlanır.
Dəyişən cərəyanın çoxsaylı müxtəlif növlərindən aşağıdakılar fərqləndirilə bilər:
Birfazlı və çoxfazlı
Xətti və qeyri-xətti
Cəmlənmiş və paylanmış parametrlərlə
Qarşılıqlı induktivliklə və qarşılıqlı induktivliksiz
Sadə və mürəkkəb
Sinusoidal dəyişən cərəyan elektroenergetikada ən geniş tətbiqini tapmışdır. Dünyadakı bütün elektrik stansiyalarının generatorları sinusoidal formalı elektrik cərəyanı yaradır. Cərəyanın sinusoidal qanunla dəyişməsi rəvan, sıçrayışsız və kəskin dəyişikliklər olmadan baş verir ki, bu da elektrik maşınlarının və aparatlarının işləməsi üçün vacib əhəmiyyətə malikdir.
Üçfazlı elektrik dövrələri
Sinusoidal cərəyanlı birfazlı elektrik dövrəsi bir və ya bir neçə dəyişən cərəyan elektrik enerjisi mənbəyi ehtiva edən, lakin eyni tezliyə və başlanğıc fazaya malik olan dövrə adlanır. Sinusoidal cərəyanların və gərginliklərin ani qiymətləri istənilən t anında ekranda göstərilən düsturlarla ifadə olunur:
i(t)=Imsin(ωt+ψi)
u(t)=Umsin(ωt+ψu)
burada Im və Um cərəyan və gərginliyin amplitud qiymətləri, ψi və ψu cərəyan və gərginliyin başlanğıc fazaları, ω isə bucaq tezliyidir.
Elektrik kəmiyyətinin ani qiymətlərinin təkrarlandığı minimum zaman intervalı period adlanır. Çoxfazalı sistem iki və ya daha çox elektrik dövrələrinin məcmusu adlanır. Çoxfazalı sistemdə elektrik enerjisi mənbələri eyni tezliyə malikdir, bir-birinə nəzərən fazaları sürüşdürülmüşdür və bir generator tərəfindən yaradılır. Sinusoidal kəmiyyətin faza sürüşməsi bucaq tezliyinin zamana hasilinin qiyməti ilə müəyyən edilir və başlanğıc nöqtəsinə nəzərən hesablanır.
Ən geniş yayılmış sistem simmetrik üçfazlı elektrik sistemidir ki, bu da dəyişən cərəyan elektrik enerjisinin ötürülməsi və istifadəsi üçün ən sadə və qənaətcil sistemdir.
Maqnit Dövrələri
Maqnit dövrəsi ferromaqnit cisimləri və mühitləri ehtiva edən qurğuların məcmusu adlanır ki, bunlar boyunca maqnit axınının xətləri qapanır. Elektromaqnit prosesləri isə maqnit hərəkət qüvvəsi, maqnit axını, maqnit induksiyası və maqnit potensialları fərqi adlanan maqnit kəmiyyətləri vasitəsilə təsvir edilə bilər. Maqnit sistemi elektrik maşınlarının və bir sıra elektrotexnika qurğularının əsas elementlərindən biridir.
Maqnit sisteminə maqnit sahəsinin mənbələri (maqnit sahəsini yaradan cərəyanlı sarğı), daimi maqnit və maqnit axınının qapandığı ferromaqnit materialdan maqnitötürücü sistemi daxildir. Maqnit dövrələri budaqlanmayan və budaqlanan, bircins və qeyri-bircins ola bilər.
Budaqlanmayan maqnit dövrəsi elemetlərindən eyni maqnit axınının keçdiyi dövrə adlanır. Budaqlanan maqnit dövrəsi öz maqnit axınlarının qapandığı hissələrdən ibarətdir. Bircins maqnit dövrəsində, qapalı maqnitötürücü tərəfindən əmələ gələn maqnit axını bircins mühitdə yerləşir. Qeyri-bircins maqnit dövrəsi isə müxtəlif kəsiklərə, hava boşluqlarına, müxtəlif maqnit xassələrinə malik ferromaqnit daxilolmalara malik hissələrdən ibarət maqnit dövrəsi adlanır.
Transformatorlar və Elektrik Maşınları
Elektrotexnika Qurğuları Haqqında Ümumi Anlayışlar
Elektrik enerjisi istehsal etmək, çevirmək, kommutasiya etmək və ya istehlak etmək üçün nəzərdə tutulmuş texniki qurğular və sistemlər elektrotexnika qurğuları adlanır. Elektrik enerjisinin istehsalı, ötürülməsi və digər enerji növlərinə çevrilməsi sistemi bir sıra elektrotexnika qurğularından - generatorlardan, transformatorlardan, idarəetmə və mühafizə aparatlarından, elektrik ötürmə xətlərindən və elektrik enerjisi qəbuledicilərindən ibarətdir. Elektrik enerjisinin istehsalı, ötürülməsi və istifadəsi üçün nəzərdə tutulmuş elektrotexnika qurğularının kompleksi elektrik sistemi adlanır. Elektrik enerjisinin istehsalda və məişətdə istifadə olunan digər enerjilərə çevrilməsi elektrotexnika qurğuları tərəfindən həyata keçirilir. Ən geniş yayılmış elektrotexnika qurğularından biri transformatordur.
Transformator bir gərginlikli dəyişən cərəyanı digər gərginlikli dəyişən cərəyana çevirmək üçün xidmət edən elektrotexnika qurğusudur. Transformatorlar elektrik enerjisinin ötürülmə və paylama sistemlərində geniş istifadə olunur. Transformatorlarda gərginliyin çevrilməsi bir-biri ilə induktiv maqnit əlaqəsi olan sarğıların dəyişən maqnit axını vasitəsilə həyata keçirilir. Elektrik enerjisi mənbəyinə qoşulan sarğı birincil sarğı, yük qoşulan digər sarğı isə ikincil sarğı adlanır. Sarğılar arasında induktiv maqnit əlaqəsini gücləndirmək üçün onlar maqnitötürücü adlanan ferromaqnit nüvəyə yerləşdirilir.
Elektrik maşınları mexaniki enerjini elektrik enerjisinə və əksinə çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş elektrotexnika qurğularıdır. Birinci halda elektrik maşınları generator, ikinci halda isə mühərrik adlanır. Elektrik maşınlarının iş prinsipi elektromaqnit induksiya və elektromaqnit qüvvələri fiziki qanunlarına əsaslanır. Elektrik maşınının işləməsi üçün maqnit sahəsi və cərəyanlı naqillərin mövcudluğu vacib şərtdir. Onlar arasında daimi qarşılıqlı təsir fırlanma hərəkəti ilə əldə edilir. Konstruktiv olaraq elektrik maşını iki əsas hissədən ibarətdir: fırlanan hissə – rotor və hərəkətsiz hissə – stator.
Enerjinin elektrik maşınlarında çevrilməsi yalnız stator və rotorun maqnit sahələri arasında qarşılıqlı təsir olduqda mümkündür. Rotor və statorun maqnit sahələri rotorun istənilən fırlanma tezliyində bir-birinə nəzərən hərəkətsiz olmalıdır. Elektrik maşınında rotorun və statorun maqnit sahələrinin hərəkətsizliyi aşağıdakı hallarda həyata keçirilə bilər:
Statorun sahəsi hərəkətsiz olduqda, rotorun sahəsi rotorun fırlanma tezliyinə bərabər tezlikdə, lakin rotorun fırlanmasının əks istiqamətində fırlanır.
Rotorun sahəsi fırlanan rotora nəzərən hərəkətsizdir, statorun sahəsi isə rotorun fırlanma tezliyi ilə eyni istiqamətdə fırlanır.
Statorun və rotorun sahələri stator və rotora nəzərən fırlanır. Rotorun fırlanma tezliyi stator və rotorun sahələrinin fırlanma tezlikləri fərqinə bərabərdir.
Birinci halda rotorun və statorun sahələrinin hərəkətsizliyi xüsusi fırça-kollektor mexanizmi vasitəsilə rotorun naqillərindəki cərəyanın istiqamətini dəyişməklə əldə edilir. İkinci və üçüncü hallarda isə fırlanan maqnit sahələrinin yaradılması ilə. Buna görə də elektrik maşınları kollektorlu və kollektorsuz olaraq bölünür. Kollektor bir sıra izolyasiya edilmiş mis lövhələrdən ibarət silindrdir ki, onların üzərində kömür və ya metal-kömür fırçalar sürüşür. Elektrik maşınlarında əsas maqnit sahəsi, tez-tez həyəcan sahəsi adlandırılır, dəyişən və ya sabit qidalandırıcı gərginlik verilən həyəcan sarğılarının köməyi ilə yaradılır.
Asinxron və Sinxron Elektrik Maşınları
Kollektorsuz dəyişən cərəyan elektrik maşınlarının iş prinsipi fırlanan maqnit sahəsinin istifadəsinə əsaslanır. Sinxron elektrik mühərrikində dəyişən cərəyan şəbəkəsinə qoşulduqda stator sarğısı fırlanan maqnit sahəsi yaradır. Bu zaman rotorda sabit cərəyan mənbəyinə qoşulan həyəcan sarğısı yerləşir. Asinxron elektrik mühərrikinin statorunda üçfazlı və ya iki fazalı sarğı yerləşir ki, bu da fırlanan maqnit sahəsi yaradır. Rotorunda isə qısaqapanmış sarğı yerləşir.
Sabit Cərəyan Maşınları
Sabit cərəyan elektrik maşınları texnikanın müxtəlif sahələrində geniş tətbiq tapmışdır. Sabit cərəyan mühərriklərinin əsas üstünlüyü fırlanma tezliyini rəvan tənzimləmək və böyük başlanğıc momentləri əldə etmək imkanıdır. Sabit cərəyan elektrik maşınlarının ümumi çatışmazlığı konstruksiyasının mürəkkəbliyi, xüsusən də fırça-kollektor mexanizmidir. Bundan əlavə, sabit cərəyan elektrik maşınlarından istifadə edərkən dəyişən elektrik enerjisinin əvvəlcədən sabit enerjiyə çevrilməsi zərurəti yaranır.
Elektrik Sürücüsü
Elektrik sürücüsü elektrik mühərriki, çevirici, ötürücü və idarəetmə qurğusundan ibarət elektromexaniki sistem adlanır. Bu qurğular işləyən maşınların (robotexnika qurğuları və ya mühəndis maşınları: ekskavator, buldozer) icra orqanlarını hərəkətə gətirmək və bu hərəkəti idarə etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. İşləyən maşınların nümunələri robotexnika qurğusu və ya mühəndis maşını (ekskavator, buldozer) ola bilər. Ötürücü qurğu iş mexanizminin fəaliyyətini təmin etmək üçün mexaniki ötürücüləri və birləşdirici muftaları ehtiva edir. Çevirici qurğu enerji mənbəyinin cərəyanını və gərginliyini elektrik mühərrikinin işi üçün lazım olan cərəyana və gərginliyə çevirir. İdarəetmə qurğusu təyin edilmiş təsirlərin siqnallarını emal etmək, əks əlaqə sensorları vasitəsilə sistemin vəziyyətini müəyyən etmək və onların əsasında idarəetmə siqnalı yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuş sistemin informasiya hissəsidir.
3. Elektronikanın Əsasları
Elektron Cihazların Təyinatı və Təsnifatı
Elektron cihazlar işi bərk cisimdə, mayedə, vakuumda, qazda və ya plazmada elektrik, istilik, optik və akustik hadisələrin istifadəsinə əsaslanan qurğulardır. Elektron cihazlar radioelektron aparatlarının yığılması, sökülməsi və təmiri mümkün olmayan elementləri kimi istifadə olunur. Elektron cihazların yerinə yetirdiyi əsas, ən ümumi funksiyalar ya informasiya siqnallarının, ya da enerjinin çevrilməsindən ibarətdir. Enerji çevrilməsinə misal olaraq günəş və ya istilik enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi, dəyişən cərəyan enerjisinin sabit cərəyan enerjisinə və əksinə çevrilməsi göstərilə bilər.
İnformasiya siqnallarının çeviricisi kimi elektron cihazın əsas vəzifələri siqnalların gücləndirilməsi, generasiyası, ötürülməsi, toplanması və saxlanması, onların səs-küy fonundan ayrılmasıdır.
Elektron cihazların təsnifatı ən çox onların təyinatına, fiziki xüsusiyyətlərinə, işçi mühitin növünə, əsas elektrik parametrlərinə, konstruktiv-texnoloji xüsusiyyətlərinə görə aparılır. Siqnalların növündən və məlumatların emalı üsulundan asılı olaraq elektron cihazlar aşağıdakılara bölünür:
Elektro-çevirici
Elektro-işıqlandırıcı
Fotoelektrik
Termoelektrik
Akusto-elektrik
Mexaniki-elektrik
Elektro-çevirici cihazlarda elektrik siqnallarının çevrilməsi baş verir. Elektro-işıqlandırıcı cihazlarda elektrik siqnalları optik (işıq) siqnallarına çevrilir. Foto- və termoelektrik cihazlarda müvafiq olaraq optik və istilik siqnalları elektrik siqnallarına çevrilir. Akusto-elektrik cihazlarda akustik siqnallar elektrik siqnallarına çevrilir və əksinə, mexaniki-elektrik cihazlar isə mexaniki siqnalları elektrik siqnallarına çevirir.
Elektro-çevirici cihazlar elektron cihazların ən böyük qrupunu təşkil edir. Buraya müxtəlif növ yarımkeçirici diodlar, bipolyar və sahə tranzistorları, tiristorlar, elektrovakuum lampaları (diodlar, triodlar, pentodlar) daxildir. Qazboşalma cihazlarına stabilizatorlar, qazotronlar, keratronlar, plazma panellər daxildir. Elektro-işıqlandırıcılara işıq diodları, lüminesent indikatorlar, lazerlər, elektron-şüa boruları daxildir. Fotoelektrik cihazlara fotodiodlar, fototranzistorlar, fototiristorlar, günəş batareyaları daxildir. Termoelektrik cihazlara yarımkeçirici diodlar, tranzistorlar, termistorlar daxildir. Akusto-elektrik cihazlara akusto-elektrik gücləndiriciləri, generatorlar, filtrlər, səthi akustik dalğalar üzərində gecikmə xətləri və digərləri daxildir.
İşçi mühitin növünə görə aşağıdakı elektron cihaz sinifləri fərqləndirilir:
Yarımkeçirici
Elektrovakuum
Qazboşalma
(işçi mühitin maye olduğu cihazlar)
Təyinatından və yerinə yetirilən funksiyalardan asılı olaraq elektron cihazlar aşağıdakılara bölünür:
Düzləndirici
Gücləndirici
Generator
Keçirici
Çevirici
İndikator
və digərləri
İşləmə tezlik diapazonuna görə elektron cihazlar aşağıdakılara bölünür:
Aşağı tezlikli
Yüksək tezlikli
Yayılmış gücə görə:
Orta güclü
Güclü
Elektron cihazın fəaliyyəti onun parametrləri və iş rejimi ilə müəyyən edilir. Elektron cihazın iş rejimi onun işini müəyyən edən şərtlər məcmusu daxildir. Əgər cihazın iş rejimi verilən növ cihazlar üçün normativ-texniki sənədlərin tələblərinə uyğun gəlirsə, belə rejim tipik rejim adlanır. Elektron cihazın elektrik, mexaniki və iqlim iş rejimləri fərqləndirilir. Elektrik rejimi elektrodlardakı gərginliklərin və onların dövrələrindəki cərəyanların qiymətlərini müəyyən edir. Mexaniki rejim işləyən cihaza mexaniki təsirlərin (zərbələr, silkələnmə və s.) məcmusunu müəyyən edir. İqlim rejimi işləmə temperaturu intervalını, ətraf mühitin nisbi rütubətini, radiasiya səviyyəsini və s. müəyyən edir. Elektron cihazlara mexaniki və iqlim təsirləri ətraf mühitin təsirinin icazə verilən səviyyələrini müəyyən edir.