Устройство Генератора Переменного Тока и Принцип Действия

Мощный тяговый генератор переменного тока – строение

Здравствуйте, ценители мира электрики и электроники. Если вы частенько заглядываете на наш сайт, то наверняка помните, что совсем недавно у нас вышел достаточно объемный материал про то, как устроен и работает генератор постоянного тока. Мы подробно описали его строение от самых простых лабораторных прототипов, до современных рабочих агрегатов. Обязательно почитайте, если еще этого не сделали.

Сегодня мы разовьем эту тему, и разберемся, в чем заключается принцип действия генератора переменного тока. Поговорим о сферах его применения, разновидностях и много еще о чем.

Теоретическая часть

Основной принцип работы альтернатора

Начнем с самого основного – переменный ток отличается от постоянного тем, что он с некоторой периодичностью меняет свое направление движения. Также он меняет и величину, о чем мы подробнее поговорим далее.

Спустя определенный промежуток времени, который мы назовем «Т» значения параметров тока повторяются, что на графике можно изобразить в виде синусоиды – волнистой линии, проходящей с одинаковой амплитудой через центральную линию.

Базовые принципы

Итак, назначение и устройство генераторов переменного тока, называемого раньше альтернатором, заключается в преобразовании кинетической энергии, то есть механической, в электрическую. Подавляющее большинство современных генераторов используют вращающееся магнитное поле.

• Работают такие устройства за счет электромагнитной индукции, когда при вращении в магнитном поле катушки из токопроводящего материала (обычно медная проволока), в ней возникает электродвижущая сила (ЭДС).
• Ток начинает образовываться в тот момент, когда проводники начинают пересекать магнитные линии силового поля.

Строение простейшего электромагнитного генератора

• Причем пиковое значение ЭДС в проводнике достигается при прохождении им главных полюсов магнитного поля. В те моменты, когда они скользят вдоль силовых линий, индукция не возникает и ЭДС падает до нуля. Взгляните на любую схему из представленных – первое состояние будет наблюдаться, когда рамка примет вертикальное положение, а второе – когда горизонтальное.

Генератор переменного тока — как устроен

• Для лучшего понимания протекающих процессов нужно вспомнить правило правой руки, изучавшееся всеми в школе, но мало кем помнящееся. Суть его заключается в том, что если расположить правую руку так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее со стороны ладони, большой палец, отведенный в сторону, укажет направление движения проводника, а остальные пальцы будут указывать на направление возникающей в нем ЭДС.
• Взгляните на схему выше, положение «а». В этот момент ЭДС в рамке равно нулю. Стрелочками показано направление ее движения – часть рамки А двигается в сторону северного полюса магнита, а Б – южного, достигнув которых ЭДС будет максимальным. Применяя описанное выше правило правой руки, мы видим, что ток начинает течь в части «Б» в нашу сторону, а в части «А» – от нас.
• Рамка вращается дальше и ток в цепи начинает падать, пока рамка снова не займет горизонтальное положение (в).
• Дальнейшее вращение приводит к тому, что ток начинает течь в обратном направлении, так как части рамки поменялись местами, если сравнивать с начальным положением.

Спустя половину оборота, все снова вернется в изначальное состояние, и цикл повторится снова. В итоге мы получили, что за время совершения полного оборота рамки, ток дважды возрастал до максимума и падал до нуля, и единожды менял свое направление относительно нчального движения.

Переменный ток

В его честь была названа частота тока

Принято считать, что длительность периода обращения равняется 1 секунде, а число периодов «Т» является частотой электрического тока. В стандартных электрических сетях России и Европы за одну секунду ток меняет свое направление 50 раз – 50 периодов в секунду.

Обозначают в электронике один такой период особой единицей, названной в честь немецкого физика Г. Герца. То есть в приведенном примере российских сетей частота тока составляет 50 герц.

Вообще, переменный ток нашел очень широкое применение в электронике благодаря тому, что: величину его напряжения очень просто изменять при помощи трансформаторов, не имеющих движущихся частей; его всегда можно преобразовать в постоянный ток; устройство таких генераторов намного надежнее и проще, чем для выработки постоянного тока.

Мощнейшие генераторы, установленные на Пушкинской ГЭС

Строение генератора переменного тока

Как устроен генератор переменного тока, в принципе, понятно, но вот, сравнивая его с собратом для выработки постоянного, не сразу можно уловить разницу.

Основные рабочие части и их подключение

Если вы прочли предыдущий материал, то наверняка помните, что рамка в простейшей схеме была соединена с коллектором, разделенным на изолированные контактные пластины,  а тот, в свою очередь, был связан со щетками, скользящими по нему, через которые и была подключена внешняя цепь.

За счет того, что пластины коллектора постоянно меняются щетками, не происходит смены направления тока – он просто пульсирует, двигаясь в одном направлении, то есть коллектор является выпрямителем.

Устройство и принцип действия генератора переменного тока

• Для переменного тока такого приспособления не нужно, поэтому его заменяют контактные кольца, к которым привязаны концы рамки. Вся конструкция вместе вращается вокруг центральной оси. К кольцам примыкают щетки, которые также по ним скользят, обеспечивая постоянный контакт.
• Как и в случае с постоянным током, ЭДС, возникающие в разных частях рамки, будут суммироваться, образуя результирующее значение этого параметра. При этом во внешней цепи, подключенной через щетки (если подсоединить к ней резистор нагрузки RH), будет протекать электрический ток.
• В рассмотренном выше примере «Т» равняется полному обороту рамки. Отсюда можно сделать логичный вывод, что частота тока, вырабатываемая генератором, напрямую зависит от скорости вращения якоря (рамки), или другими словами ротора, в секунду. Однако это касается только такого простейшего генератора.

Трехфазные генераторы переменного тока и устройство их

Если увеличить число пар полюсов, то в генераторе пропорционально возрастет и число полных изменений тока за один оборот якоря, и частота его будет измерять иначе, по формуле: f = np, где f – это частота, n – число оборотов в секунду, p – количество пар магнитных полюсов устройства.

• Как мы уже писали выше, течение переменного тока графически изображается синусоидой, поэтому такой ток еще называется и синусоидальным. Сразу можно выделить основные условия, задающие постоянство характеристик такого тока – это равномерность магнитного поля (постоянная его величина) и неизменная скорость вращения якоря, в котором он индуктируется.
• Для того чтобы сделать устройство достаточно мощным, в нем применяются электрические магниты. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, в действующих агрегатах тоже не является рамкой, как мы показывали в схемах выше. Применяется очень большое количество проводников, которые соединены друг с другом по определенной схеме

Интересно знать! Образование ЭДС происходит не только тогда, когда проводник смещается относительно магнитного поля, но и наоборот, когда двигается само поле относительно проводника, чем активно и пользуются конструкторы электродвигателей и генераторов.

• Данное свойство позволяет размещать обмотку, в которой индуктируется ЭДС, не только на вращающейся центральной части устройства, но и на неподвижной части. При этом в движение приводится магнит, то есть полюсы.

Синхронный генератор электрического тока и принцип действия этого устройства

• При таком строении внешняя обмотка генератора, то есть силовая цепь, не нуждается ни в каких подвижных частях (кольцах и щетках) – соединение выполняется жесткое, чаще болтовое.
• Да, но можно резонно возразить, мол, эти же элементы потребуется установить на обмотке возбуждения. Так и есть, однако сила тока, протекающая здесь, будет намного меньше итоговой мощности генератора, что значительно упрощает организацию подвода тока. Элементы будут малы по размерам и массе и очень надежны, что делает именно такую конструкцию самой востребованной, особенно для мощных агрегатов, например, тяговых, устанавливаемых на тепловозах.
• Если же речь идет о маломощных генераторах, где токосъем не представляет каких-то сложностей, поэтому часто применяется «классическая» схема, с вращающейся якорной обмоткой и неподвижным магнитом (индуктором).

Совет! Кстати, неподвижная часть генератора переменного тока называется статором, так как она статична, а вращающаяся – ротором.

Вращать легче центральную часть

Виды генераторов переменного тока

Классифицировать и отличить генераторы можно по нескольким признакам. Давайте назовем их.

Трехфазные генераторы

Отличаться они могут по количеству фаз и быть одно-, двух- и трехфазными. На практике наибольшее распространение получил последний вариант.

Схема трехфазного генератора

• Как видно из картинки выше, силовая часть агрегата имеет три независимые обмотки, расположенные на статоре по окружности, со смещением друг относительно друга на 120 градусов.
• Ротор в данном случае представляет собой электромагнит, который, вращаясь, индуктирует в обмотках переменные ЭДС, которые сдвинуты друг относительно друга во времени на одну третью периода «Т», то есть такта. По сути, каждая обмотка представляет собой отдельный однофазный генератор, который питает переменным током свою внешнюю цепь R. То есть мы имеет три значения тока I(1,2,3) и такое же количество цепей. Каждая такая обмотка вместе с внешней цепью получила название фазы.

Смещение синусоид на 1/3 такта

• Чтобы сократить число проводов, ведущих к генератору, три обратных провода, ведущих к нему от потребителей энергии, заменяют одним общим, по которому будут проходить токи от каждой фазы. Такой общий провод называют нулевым
• Соединение всех обмоток такого генератора, когда их концы соединяются друг с другом, называется звездой. Отдельные три провода, соединяющие начала обмоток с потребителями электроэнергии называются линейными – по ним и идет передача.
• Если нагрузка всех фаз будет одинаковой, то необходимость в нулевом проводе полностью отпадет, так как общий ток в нем будет равен нулю. Как так получается, спросите вы? Все предельно просто – для понятия принципа достаточно сложить алгебраические значения каждого синусоидального тока, сдвинутых по фазе на 120 градусов. Схема выше поможет понять этот принцип, если представить, что кривые на нем – это изменение тока в трех фазах генератора.
• Если же нагрузка в фазах будет неодинаковой, то нулевой провод начнет пропускать ток. Именно поэтому распространена 4-х проводная схема подключения звездой, так как она позволяет сохранять электрические приборы, включенные в этот момент в сеть.

Варианты соединения обмоток у трехфазного генератора

• Напряжение между линейными проводами называется линейным, тогда как напряжение на каждой фазе – фазным. Токи, протекающие в фазах, являются и линейными.
• Схема подключения звездой не является единственной. Существует и другой вариант последовательного подключения трех обмоток, когда конец одной соединен с началом второй, и так далее, пока не образуется замкнутое кольцо (см. схему выше «б»). Исходящие от генератора провода подключаются в местах соединения обмоток.
• В таком случае фазовые и линейные напряжения будут одинаковыми, а ток линейного провода будет больше фазного, при их одинаковой нагрузке.
• Такое соединение также не нуждается в нулевом проводе, в чем и заключается основное преимущество трехфазного генератора. Наличие меньшего количества проводов делают его проще, и цена его ниже, из-за меньшего количества используемых цветных металлов.

Принципиальная схема генератора тока

Еще одной особенностью трехфазной схемы подключения является появление вращающегося магнитного поля, что позволяет создавать простые и надежные асинхронные электродвигатели.

Но и это не все. При выпрямлении однофазного тока на выходе выпрямителя получается напряжение с пульсациями от нуля до максимального значения. Причина, думаем, ясна, если вы поняли основной принцип работы такого устройства. Когда же присутствует сдвиг по времени фаз, пульсации сильно уменьшаются, не превышая 8%.

Различие по виду

Отличаются генераторы и по виду, которых существует 2:

Синхронный генератор

• Синхронный генератор переменного тока – главная особенность такого агрегата заключается в жесткой связи частоты переменной ЭДС, которая наведена в обмотке и синхронной частотой вращения, то есть вращения ротора.

Принцип действия и устройство синхронного генератора.

1. Взгляните на схему выше. На ней мы видим статор с трехфазной обмоткой, соединенной по треугольной схеме, которая мало чем отличается от той, что стоит на асинхронном двигателе.
2. На роторе генератора располагается электромагнит с обмоткой возбуждения, питающаяся от постоянного тока, который может быть подан на него любым известным способом – об этом подробнее будет расписано далее.
3. Вместо электромагнита может быть применен постоянный, тогда необходимость в скользящих частях схемы, в виде щеток и контактных колец, отпадает вовсе, на такой генератор не будет достаточно мощным и не сможет нормально стабилизировать выходные напряжения.
4. К валу ротора подключается привод – любой двигатель, создающий механическую энергию, и он приводится в движение с определенной синхронной скоростью.
5. Так как магнитное поле главных полюсов вращается вместе с ротором, начинается индукция переменных ЭДС в обмотке статора, которые можно обозначить как Е1, Е2 и Е3. Эти переменные будут одинаковыми по значению, но как уже не раз говорилось, смещенными на 120 градусов по фазе. Вместе эти значения образуют трехфазную систему ЭДС, которая симметрична.
6. К точкам С1,С2 и С3 подключается нагрузка, и на фазах обмотки в статоре появляются токи I1,I2,и I В это время каждая фаза статора сама становится мощным электромагнитом и создает вращающееся магнитное поле.
7. Частота вращения магнитного поля статора будет соответствовать частоте вращения ротора.

Асинхронный электрический двигатель

• Асинхронные генераторы – их отличает от описанного выше примера то, что частоты ЭДС и вращения ротора жестко не привязаны друг к другу. Разница между этими параметрами называется скольжением.

1. Электромагнитное поле такого генератора в обычном рабочем режиме оказывает под нагрузкой тормозной момент на вращение ротора, поэтому частота изменения магнитного поля будет меньшим.
2. Эти агрегаты не требуют для создания сложных узлов и применения дорогих материалов, поэтому нашли широкое применение, как электрические двигатели для транспорта, из-за легкого обслуживая и простоты самого устройства. Данные генераторы устойчивы к перегрузкам и коротким замыканиям, однако на устройствах сильно зависящих от частоты тока они неприменимы.

Способы возбуждения обмотки

Последнее различие моделей, которое хотелось бы затронуть, связано со способом запитки возбуждающей обмотки.

Тут можно выделить 4 типа:

1. Питание на обмотку подается через сторонний источник.
2. Генераторы с самовозбуждением – питание берется от самого генератора, при этом напряжение выпрямляется. Однако находясь в неактивном состоянии, такой генератор не сможет выработать достаточного напряжения, чтобы стартовать, для чего в схеме применяется аккумулятор, который будет задействован во время старта.
3. Вариант с обмоткой возбуждения, питающейся от другого генератора меньшей мощности, установленного с ним на одном валу. Второй генератор уже должен стартовать от стороннего источника, например, того же аккумулятора.
4. Последняя разновидность вообще не нуждается в подаче питания на обмотку возбуждения, так как ее у него нет, ведь применяется в устройстве постоянный магнит.

Применение генераторов переменного тока на практике

Промышленное производство мощных генераторов

Применяются такие генераторы практически во всех сферах человеческой деятельности, где требуется электрическая энергия. Причем принцип ее добычи отличается только способом приведения в движение вала устройства. Так работают и гидро-, и тепло- и даже атомные станции.

Данные станции запитывают по проводам общественные сети, к которым подключается конечный потребитель, то есть все мы. Однако существует множество объектов, к которым невозможно доставить электрическую энергию таким способом, например, транспорт, стройплощадки вдали от линий электропередач, очень далекие поселки, вахты, буровые установки и прочее.

Это означает только одно – требуется свой генератор и двигатель, приводящий его в движение. Давайте рассмотрим несколько небольших и часто встречающихся в нашей жизни устройств.

Автомобильные генераторы

На фото — электрический генератор для автомобиля

Кто-то возможно тут же скажет: «Как? Это же генератор постоянного тока!». Да, действительно, так оно и есть, однако таковым его делает лишь наличие выпрямителя, который этот самый ток делает постоянным. Основной принцип работы ничем не отличается – все тот же ротор, все тот же электромагнит и прочее.

Принципиальная схема автомобильного генератора

Это устройство функционирует таким образом, что вне зависимости от скорости вращения вала, оно вырабатывает напряжение в 12В, что обеспечивается регулятором, через который идет питание обмотки возбуждения. Обмотка возбуждения стартует, запитываясь от автомобильного аккумулятора, ротор агрегата приводится в движение двигателем автомобиля через шкив, после чего начинает индуцироваться ЭДС.

Для выпрямления трехфазного тока используется несколько диодов.

Генератор на жидком топливе

Бензиновый генератор

Устройство бензинового генератора переменного тока, ровно, как и дизельного, мало чем отличается от того, что установлен в вашем автомобиле, за исключением нюанса, что ток он будет выдавать, как положено, переменный.

Из особенностей можно выделить то, что ротор агрегата всегда должен вращаться с одной скоростью, так как при перепадах выработка электроэнергии становится хуже. В этом кроется существенный недостаток подобных устройств – подобный эффект происходит при износе деталей.

Интересно знать! Если к генератору подключить нагрузку, которая будет ниже рабочей, то он не будет использовать свою мощность на полную, съедая часть жидкого топлива впустую.

Панель управления генератора

На рынке представлен большой выбор подобных агрегатов, рассчитанных на разную мощность. Они пользуются большой популярность за счет своей мобильности. При этом инструкция по пользованию предельно проста – заливаем своими руками топливо, запускаем двигатель поворотом ключа и подключаемся…

На этом, пожалуй, закончим. Мы разобрали назначение и общее устройство этих приборов  максимально просто. Надеемся, генератор переменного тока и принцип его действия стали к вам чуточку ближе, и с нашей подачи вы захотите погрузиться в увлекательный мир электротехники.

Колебательный контур подключенный к генератору содержит резистор

Колебательный контур, подключенный к генератору, содержит резистор, сопротивление
которого R = 5 Ом, катушку индуктивностью L = 5 Гн и конденсатор. Определите электроемкость конденсатора, при которой в контуре при частоте 1 кГц возникает резонанс. Найдите показание амперметра (включенного в сеть) при резонансе, если действующее напряжение на генераторе 220 В.
Дано: R = 5 Ом; L = 5 Гн; υ = 1 кГц = 10 3 Гц;
U= 220 в.
Найти: С; I.

В статье расскажем что такое колебательный контур. Последовательный и параллельный колебательный контур.

Колебательный контур — устройство или электрическая цепь, содержащее необходимые радиоэлектронные элементы для создания электромагнитных колебаний. Разделяется на два типа в зависимости от соединения элементов: последовательный и параллельный.

Основная радиоэлементная база колебательного контура: Конденсатор, источник питания и катушка индуктивности.

Последовательный колебательный контур

Последовательный колебательный контур является простейшей резонансной (колебательной) цепью. Состоит последовательный колебательный контур, из последовательно включенных катушки индуктивности и конденсатора. При воздействии на такую цепь переменного (гармонического) напряжения, через катушку и конденсатор будет протекать переменный ток, величина которого вычисляется по закону Ома: I = U / Х_Σ , где Х_Σ — сумма реактивных сопротивлений последовательно включенных катушки и конденсатора (используется модуль суммы).

Для освежения памяти, вспомним как зависят реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности от частоты приложенного переменного напряжения. Для катушки индуктивности, эта зависимость будет иметь вид:

Из формулы видно, что при увеличении частоты, реактивное сопротивление катушки индуктивности увеличивается. Для конденсатора зависимость его реактивного сопротивления от частоты будет выглядеть следующим образом:

В отличии от индуктивности, у конденсатора всё происходит наоборот — при увеличении частоты, реактивное сопротивление уменьшается. На следующем рисунке графически представлены зависимости реактивных сопротивлений катушки X_L и конденсатора Х_C от циклической (круговой) частоты ω, а также график зависимости от частоты ω их алгебраической суммы Х_Σ. График, по сути, показывает зависимость от частоты общего реактивного сопротивления последовательного колебательного контура.

Из графика видно, что на некоторой частоте ω=ω_р , на которой реактивные сопротивления катушки и конденсатора равны по модулю (равны по значению, но противоположны по знаку), общее сопротивление цепи обращается в ноль. На этой частоте в цепи наблюдается максимум тока, который ограничен только омическими потерями в катушке индуктивности (т.е. активным сопротивлением провода обмотки катушки) и внутренним сопротивлением источника тока (генератора). Такую частоту, при которой наблюдается рассмотренное явление, называемое в физике резонансом, называют резонансной частотой или собственной частотой колебаний цепи. Также из графика видно, что на частотах, ниже частоты резонанса реактивное сопротивление последовательного колебательного контура носит емкостной характер, а на более высоких частотах — индуктивный. Что касается самой резонансной частоты, то она может быть вычислена при помощи формулы Томсона, которую мы можем вывести из формул реактивных сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора, приравняв их реактивные сопротивления друг к другу:

На рисунке справа, изображена эквивалентная схема последовательного резонансного контура с учетом омических потерь R, подключенного к идеальному генератору гармонического напряжения с амплитудой U. Полное сопротивление (импеданс) такой цепи определяется: Z = √(R 2 +X_Σ 2 ), где X_Σ = ω L-1/ωC. На резонансной частоте, когда величины реактивных сопротивлений катушки X_L = ωL и конденсатора Х_С= 1/ωС равны по модулю, величина X_Σ обращается в нуль (следовательно, сопротивление цепи чисто активное), а ток в цепи определятся отношением амплитуды напряжения генератора к сопротивлению омических потерь: I= U/R. При этом на катушке и на конденсаторе, в которых запасена реактивная электрическая энергия, падает одинаковое напряжение U_L = U_С = IX_L = IX_С.

На любой другой частоте, отличной от резонансной, напряжения на катушке и конденсаторе неодинаковы — они определяются амплитудой тока в цепи и величинами модулей реактивных сопротивлений X_L и X_С.Поэтому резонанс в последовательном колебательном контуре принято называть резонансом напряжений. Резонансной частотой контура называют такую частоту, на которой сопротивление контура имеет чисто активный (резистивный) характер. Условие резонанса — это равенство величин реактивных сопротивлений катушки индуктивности и ёмкости.

Одними из наиболее важных параметров колебательного контура (кроме, разумеется, резонансной частоты) являются его характеристическое (или волновое) сопротивление ρ и добротность контура Q. Характеристическим (волновым) сопротивлением контура ρ называется величина реактивного сопротивления емкости и индуктивности контура на резонансной частоте: ρ = Х_L = Х_C при ω =ω_р . Характеристическое сопротивление может быть вычислено следующим образом: ρ = √(L/C). Характеристическое сопротивление ρ является количественной мерой оценки энергии, запасенной реактивными элементами контура — катушкой (энергия магнитного поля) W_L = (LI 2 )/2 и конденсатором (энергия электрического поля) W_C=(CU 2 )/2. Отношение энергии, запасенной реактивными элементами контура, к энергии омических (резистивных) потерь за период принято называть добротностью Q контура, что в буквальном переводе с английского языка обозначает «качество».

Добротность колебательного контура — характеристика, определяющая амплитуду и ширину АЧХ резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в контуре больше, чем потери энергии за один период колебаний. Добротность учитывает наличие активного сопротивления нагрузки R.

Для последовательного колебательного контура в RLC цепях, в котором все три элемента включены последовательно, добротность вычисляется:

где R, L и C — сопротивление, индуктивность и ёмкость резонансной цепи, соответственно.

Величину, обратную добротности d = 1 / Q называют затуханием контура. Для определения добротности обычно пользуются формулой Q = ρ / R, где R-сопротивление омических потерь контура, характеризующее мощность резистивных (активных потерь) контура Р = I 2 R. Добротность реальных колебательных контуров, выполненных на дискретных катушках индуктивности и конденсаторах, составляет от нескольких единиц до сотни и более. Добротность различных колебательных систем, построенных на принципе пьезоэлектрических и других эффектов (например, кварцевые резонаторы) может достигать нескольких тысяч и более.

Частотные свойства различных цепей в технике принято оценивать с помощью амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), при этом сами цепи рассматривают как четырёхполюсники. На рисунках ниже представлены два простейших четырехполюсника, содержащих последовательный колебательный контур и АЧХ этих цепей, которые приведены (показаны сплошными линями). По вертикальной оси графиков АЧХ отложена величина коэффициента передачи цепи по напряжению К, показывающая отношение выходного напряжения цепи к входному.

Для пассивных цепей (т.е. не содержащих усилительных элементов и источников энергии), величина К никогда не превышает единицу. Сопротивление переменному току изображённой на рисунке цепи, будет минимально при частоте воздействия, равной резонансной частоте контура. В этом случае коэффициент передачи цепи близок к единице (определяется омическими потерями в контуре). На частотах, сильно отличающихся от резонансной, сопротивление контура переменному току достаточно велико, а следовательно, и коэффициент передачи цепи будет падать практически до нуля.

При резонансе в этой цепи, источник входного сигнала оказывается фактически замкнутым накоротко малым сопротивлением контура, благодаря чему коэффициент передачи такой цепи на резонансной частоте падает практически до нуля (опять-таки в силу наличия конечного сопротивления потерь). Наоборот, при частотах входного воздействия, значительно отстоящих от резонансной, коэффициент передачи цепи оказывается близким к единице. Свойство колебательного контура в значительной степени изменять коэффициент передачи на частотах, близких к резонансной, широко используется на практике, когда требуется выделить сигнал с конкретной частотой из множества ненужных сигналов, расположенных на других частотах. Так, в любом радиоприемнике при помощи колебательных цепей обеспечивается настройка на частоту нужной радиостанции. Свойство колебательного контура выделять из множества частот одну принято называть селективностью или избирательностью. При этом интенсивность изменения коэффициента передачи цепи при отстройке частоты воздействия от резонанса принято оценивать при помощи параметра, называемого полосой пропускания. За полосу пропускания принимается диапазон частот, в пределах которого уменьшение (или увеличение — в зависимости от вида цепи) коэффициента передачи относительно его значения на резонансной частоте, не превышает величины 0,7 (3дБ).

Пунктирными линиями на графиках показаны АЧХ точно таких же цепей, колебательные контуры которых имеют такие же резонансные частоты, как и для случая рассмотренного выше, но обладающие меньшей добротностью (например, катушка индуктивности намотана проводом, обладающим большим сопротивлением постоянному току). Как видно из рисунков, при этом расширяется полоса пропускания цепи и ухудшаются ее селективные (избирательные) свойства. Исходя из этого, при расчете и конструировании колебательных контуров нужно стремиться к повышению их добротности. Однако, в ряде случаев, добротность контура, наоборот, приходится занижать (например, включая последовательно с катушкой индуктивности резистор небольшой величины сопротивления), что позволяет избежать искажений широкополосных сигналов. Хотя, если на практике требуется выделить достаточно широкополосный сигнал, селективные цепи, как правило, строятся не на одиночных колебательных контурах, а на более сложных связанных (многоконтурных) колебательных системах, в т.ч. многозвенных фильтрах.

Параллельный колебательный контур

В различных радиотехнических устройствах наряду с последовательными колебательными контурами часто (даже чаще, чем последовательные) применяют параллельные колебательные контуры На рисунке приведена принципиальная схема параллельного колебательного контура. Здесь параллельно включены два реактивных элемента с разным характером реактивности Как известно, при параллельном включении элементов складывать их сопротивления нельзя — можно лишь складывать проводимости. На рисунке приведены графические зависимости реактивных проводимостей катушки индуктивности B_L = 1/ωL, конденсатора В_C = -ωC, а также суммарной проводимости В_Σ, этих двух элементов, являющаяся реактивной проводимостью параллельного колебательного контура. Аналогично, как и для последовательного колебательного контура, имеется некоторая частота, называемая резонансной, на которой реактивные сопротивления (а значит и проводимости) катушки и конденсатора одинаковы. На этой частоте суммарная проводимость параллельного колебательного контура без потерь обращается в нуль. Это значит, что на этой частоте колебательный контур обладает бесконечно большим сопротивлением переменному току.

Если построить зависимость реактивного сопротивления контура от частоты X_Σ = 1/B_Σ, эта кривая, изображённая на следующем рисунке, в точке ω = ω_р будет иметь разрыв второго рода. Сопротивление реального параллельного колебательного контура (т.е с потерями), разумеется, не равно бесконечности — оно тем меньше, чем больше омическое сопротивление потерь в контуре, т.е уменьшается прямо пропорционально уменьшению добротности контура. В целом, физический смысл понятий добротности, характеристического сопротивления и резонансной частоты колебательного контура, а также их расчетные формулы, справедливы как для последовательного, так и для параллельного колебательного контура.

Для параллельного колебательного контура, в котором индуктивность, емкость и сопротивление включены параллельно, добротность вычисляется:

где R, L и C — сопротивление, индуктивность и ёмкость резонансной цепи, соответственно.

Рассмотрим цепь, состоящую из генератора гармонических колебаний и параллельного колебательного контура. В случае, когда частота колебаний генератора совпадает с резонансной частотой контура его индуктивная и емкостная ветви оказывают равное сопротивление переменному току, в следствие чего токи в ветвях контура будут одинаковыми. В этом случае говорят, что в цепи имеет место резонанс токов. Как и в случае последовательного колебательного контура, реактивности катушки и конденсатора компенсируют друг друга, и сопротивление контура протекающему через него току становится чисто активным (резистивным). Величина этого сопротивления, часто называемого в технике эквивалентным, определяется произведением добротности контура на его характеристическое сопротивление R_экв = Q·ρ. На частотах, отличных от резонансной, сопротивление контура уменьшается и приобретает реактивный характер на более низких частотах — индуктивный (поскольку реактивное сопротивление индуктивности падает при уменьшении частоты), а на более высоких — наоборот, емкостной (т к реактивное сопротивление емкости падает с ростом частоты).

В процессе работы контура, дважды за период колебаний, происходит энергетический обмен между катушкой и конденсатором (смотри рисунок). Энергия поочередно накапливается, то в виде энергии электрического поля заряженного конденсатора, то в виде энергии магнитного поля катушки индуктивности. При этом в контуре протекает собственный контурный ток I_к, превосходящий по величине ток во внешней цепи I в Q раз. В случае идеального контура (без потерь), добротность которого теоретически бесконечна, величина контурного тока также будет бесконечно большой. Но на практике, такого не бывает. В любом случае, качество элементов контура, их паразитные характеристики, электрические цепи, служащие для подвода энергии и отбора энергии из контура, не позволят контурному току расти.

Рассмотрим, как зависят коэффициенты передачи четырехполюсников от частоты, при включении в них не последовательных колебательных контуров, а параллельных.

Четырехполюсник, изображенный на рисунке, на резонансной частоте контура представляет собой огромное сопротивление току, поэтому при ω=ω_р его коэффициент передачи будет близок к нулю (с учетом омических потерь). На частотах, отличных от резонансной, сопротивление контура будет уменьшатся, а коэффициент передачи четырехполюсника — возрастать.

Для четырехполюсника, приведенного на рисунке выше, ситуация будет противоположной — на резонансной частоте контур будет представлять собой очень большое сопротивление и практически все входное напряжение поступит на выходные клеммы (т.е коэффициент передачи будет максимален и близок к единице). При значительном отличии частоты входного воздействия от резонансной частоты контура, источник сигнала, подключаемый к входным клеммам четырехполюсника, окажется практически закороченном накоротко, а коэффициент передачи будет близок к нулю.

Видео по теме: Колебательный контур

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

5.1 Идеальный колебательный контур.

Колебательный контур называется идеальным, если он состоит из катушки и емкости и в нем нет сопротивления потерь.

Рассмотрим физические процессы в следующей цепи:

1 Ключ стоит в положении 1. Конденсатор начинает заряжаться, от источника напряжения и в нем накапливается энергия электрического поля,

т.е.конденсатор становится источником электрической энергии.

2. Ключ в положении 2. Конденсатор начнет разряжаться. Электрическая энергия, запасенная в конденсаторе переходит в энергию магнитного поля катушки.

Ток в цепи достигает максимального значения(точка 1). Напряжение на обкладках конденсатора уменьшается до нуля.

В период от точки 1 до точки 2 ток в контуре уменьшается до нуля, но как только он начинает уменьшатся , то уменьшается магнитное поле катушки и в катушке индуцируется ЭДС самоиндукции, который противодействует уменьшению тока, поэтому он уменьшается до нуля не скачкообразно, а плавно. Так как возникает ЭДС самоиндукции, то катушка становится источником энергии. От этой ЭДС конденсатор начинает заряжаться, но с обратной полярностью (напряжение конденсатора отрицательное) (в точке 2 конденсатор вновь заряжается).

Вывод: в цепи LC происходит непрерывное колебание энергии между электрическим и магнитным полями, поэтому такая цепь называется колебательным контуром.

Получившиеся колебания называются свободнымиилисобственными, поскольку они происходят без помощи постороннего источника электрической энергии, внесенной ранее в контур (в электрическое поле конденсатора). Так как емкость и индуктивность идеальны (нет сопротивления потерь) и энергия из цепи не уходит, амплитуда колебаний с течением времени не меняется и колебания будут незатухающими.

Определим угловую частоту свободных колебаний:

Используем равенство энергий электрического и магнитного полей

,где ώ угловая частота свободных колебаний.

Период свободных колебаний Т0=1/f.

Частоту свободных колебаний называют частотой собственных колебаний контура.

Из выражения: ώ²LC=1получимώL=1/Cώ, следовательно, при токе в контуре с частотой свободных колебаний индуктивное сопротивление равно емкостному сопротивлению.

Индуктивное или емкостное сопротивление в колебательном контуре при частоте свободных колебаний называется характеристическим сопротивлением.

Характеристическое сопротивление вычисляется по формулам:

5.2 Реальный колебательный контур

Реальный колебательный контур обладает активным сопротивлением, поэтому при воздействии в контуре свободных колебаний энергия предварительно заряженного конденсатора постепенно тратится, преобразуясь в тепловую.

Свободные колебания в контуре являются затухающими, так как в каждый период энергия уменьшается и амплитуда колебаний в каждый период будет уменьшаться.

Рисунок – реальный колебательный контур.

Угловая частота свободных колебаний в реальном колебательном контуре :

Если R=2… , то угловая частота равна нулю, следовательно свободные колебания в контуре не возникнут.

Таким образом колебательным контуромназывается электрическая цепь состоящая из индуктивности и емкости и обладающая малым активным сопротивлением, меньшим удвоенного характеристического сопротивления, что обеспечивает обмен энергией между индуктивностью и емкостью.

В реальном колебательном контуре свободные колебания затухают тем быстрее, чем больше активное сопротивление.

Для характеристики интенсивности затухания свободных колебаний используется понятие «затухание контура» – отношение активного сопротивления к характеристическому.

На практике используют величину, обратную затуханию – добротность контура.

Для получения незатухающих колебаний в реальном колебательном контуре необходимо в течение каждого периода колебаний пополнять электрическую энергию на активном сопротивлении контура в такт с частотой собственных колебаний. Это осуществляется с помощью генератора.

Если подключить колебательный контур к генератору переменного тока, частота которого отличается от частоты свободных колебаний контура, то в цепи протекает ток с частотой равной частоте напряжения генератора. Эти колебания называют вынужденным.

Если частота генератора отличается от собственной частоты контура, то такой колебательный контур является ненастроенным относительно частоты внешнего воздействия, если же частоты совпадают, то настроенным.

Задача: Определить индуктивность , угловую частоту контура, характеристическое сопротивление, если емкость колебательного контура 100 пФ, частота свободных колебаний 1,59 МГц.

Добротность колебательного контура определяется по формуле:

Отношение активного сопротивления к характеристическому

Величина обратная затуханию

Какие колебания называются свободными

непрерывные колебания энергии между электрическим и магнитным полями

колебания, амплитуда которых в каждый период времени уменьшается

Тема занятия 8: РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Резонанс напряжений – явление возрастания напряжений на реактивных элементах, превышающих напряжение на зажимах цепи при максимальном токе в цепи, которое совпадает по фазе с входным напряжением.

Условия возникновения резонанса:

Последовательное соединение LиCс генератором переменного тока;

Частота генератора должна быть равна частоте собственных колебаний контура , при этом характеристические сопротивления равны;

Сопротивление должно быть меньше, чем 2ρ, так как только в этом случае в цепи возникнут свободные колебания, поддерживаемые внешним источником.

Полное сопротивление цепи:

=R,

так как равны характеристические сопротивления. Следовательно, при резонансе цепь носит чисто активный характер, значит, входное напряжение, и ток в момент резонанса совпадают по фазе. Ток принимает максимальное значение.

При максимальном значении тока напряжение на участках L и C будут большими и равными между собой.

Напряжение на зажимах цепи:

.

Рассмотрим следующие соотношения:

, следовательно

.

Q –добротность контура –при резонансе напряжения показывает, во сколько раз напряжение на реактивных элементах больше входного напряжения генератора, питающего цепь. При резонансе коэффициент передачи последовательного колебательного контура

Если добротность равна 100, напряжение на зажимах 1В, то

то есть напряжение на зажимах меньше напряжений на емкости и индуктивности. Это явление называется резонансом напряжений

При резонансе, коэффициент передачи равен добротности.

Построим векторную диаграмму напряжения

Напряжение на емкости равно напряжению на индуктивности, следовательно напряжение на сопротивлении равно напряжению на зажимах и совпадает по фазе с током.

Рассмотрим энергетический процесс в колебательном контуре:

В цепи имеется обмен энергии между электрическим полем конденсатора и магнитным полем катушки. К генератору энергия катушки не возвращается. От генератора в цепь поступает такое количество энергии, которое тратится на резисторе. Это необходимо для того, чтобы в контуре наблюдались незатухающие колебания. Мощность в цепи только активная.

Докажем это математически:

, полная мощность цепи, которая равна активной мощности.

, реактивная мощность.

8.1 Резонансная частота. Расстройка.

В цепи, содержащей реактивные элементы, произойдет резонанс, если цепь имеет резистивный характер:

, угловая резонансная частота.

Из формулы видно, что резонанс наступает, если частота питающего генератора равна собственным колебаниям контура.

При работе с колебательным контуром необходимо знать, совпадает ли частота генератора и частота собственных колебаний контура. Если частоты совпадают, то контур остается настроенным в резонанс, если не совпадает – то в контуреприсутствует расстройка.

Настроить колебательный контур в резонанс можно тремя способами:

1 Изменять частоту генератора , при значениях емкости и индуктивности const, то есть изменяя частоту генератора мы подстраиваем эту частоту под частоту колебательного контура

2 Изменять индуктивность катушки, при частоте питания и емкости const;

3 Изменять емкость конденсатора , при частоте питания и индуктивности const.

Во втором и третьем способе изменяя частоту собственных колебаний контура, подстраиваем ее под частоту генератора.

При ненастроенном контуре частота генератора и контура не равны, то есть присутствует расстройка.

Расстройка – отклонение частоты от резонансной частоты.

Существует три вида расстройки:

Абсолютная – разность между данной частотой и резонансной

Обобщенная – отношение реактивного сопротивления к активному:

Относительная – отношение абсолютной расстройки к резонансной частоте:

При резонансе все расстройки равны нулю, если частота генератора меньше частоты контура, то расстройка считается отрицательной,

Если больше – положительной.

Таким образом добротность характеризует качество контура, а обобщенная расстройка- удаленность от резонансной частоты.

Сопротивление контура 15 Ом, индуктивность 636 мкГн, Емкость 600 пФ, напряжение питающей сети 1,8 В. Найти собственную частоту контура, затухание контура, характеристическое сопротивление, ток, активную мощность, добротность, напряжение на зажимах контура.

Напряжение на зажимах генератора 1 В, частота питающей сети 1 МГц, добротность 100, емкость 100 пФ. Найти: затухание, характеристическое сопротивление, активное сопротивление, индуктивность, частоту контура, ток, мощность, напряжения на емкости и индуктивности.

Отношение реактивного сопротивления к активному это :

А) Абсолютная расстройка;

Б) Обобщенная расстройка;

В) Относительная расстройка.

Тема занятия 9 : Входные и передаточные АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура.

9.1 Входные АЧХ и ФЧХ.

В последовательном колебательном контуре:

, где

R – активное сопротивление;

X – реактивное сопротивление.

,то

ώ=ώ۪۪ζ=0 Z=R

ώ=∞ ζ=∞ Z=∞, следовательно график имеет вид:

Из графика видно, что контур обладает наименьшим сопротивлением на резонансной частоте, при увеличении расстройки сопротивление увеличивается.

ζ=0 φ=0 R

ФЧХ имеет линейный

характер.

На участке ζ=[-∞;0] – цепь носит активно-емкостной характер;

На участке ζ=[0;∞]- цепь носит frnbdyj-индуктивный характер;

При ζ=0 – цепь носит активный характер;

Передаточные АЧХ и ФЧХ

передаточная характеристика АЧХ

ζ=-∞ k=0

ζ=∞ k=0

Построим график зависимости:

Разделим k∕kои получим передаточную

характеристику АЧХ в относительных

единицах, которая имеет вид:

Чтобы построить передаточную ФЧХ необходимо: построить входную ФЧХ, взять её зеркальное ее отображение и сместить на -90°.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций. Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением содержит выпрямитель, к выходам «плюс» и «минус» которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а ко входу — статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения. Генератор дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами через токоограничивающий резистор — с «плюсом» выпрямителя и обмоткой возбуждения, а аноды диодов соединены с фазными выводами статорной обмотки либо с ее отпайками. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции при жесткой внешней характеристике в статических и динамических режимах. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций.

К генераторам автономных электростанций предъявляются жесткие требования по качеству выходного напряжения. Это связано с тем, что генератор должен запускать двигательную нагрузку единичной мощностью не менее 75% от мощности генератора, при этом внешняя характеристика должна быть жесткой. Учитывая, что при пуске асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность, необходимо в тот момент форсировать возбуждение генератора. Этого можно достичь путем положительной обратной связи по току (например, «генератор переменного тока с комбинированным возбуждением» по а.с. СССР №322831, Н 02 К 19/36, 1977 г., Бюл.№36).

Известный генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий постоянные магниты, трехфазную обмотку и регулятор напряжения в виде импульсного ключа, причем дополнительная обмотка возбуждения включена встречно-последовательно с основной, и обе они непосредственно подключены к зажимам выпрямленного напряжения, а последовательно с основной обмоткой включен нелинейный элемент, например, полупроводниковый диод.

Недостатком известного устройства является наличие постоянного магнита, что вносит искажение в форму выходного напряжения. Наличие двух обмоток возбуждения, включенных встречно-последовательно, увеличивает массогабаритные показатели, так как поток этих обмоток вычитается. При этом отсутствует форсировка возбуждения при питании двигательной нагрузки.

Наиболее близким по техническому решению является «генератор переменного тока с комбинированным возбуждением», RU №2145763, Н 02 К 19/36 от 20.02.2000 г., Бюл. №5.

Известный генератор переменного тока содержит трехфазную обмотку, одни выводы трехфазной обмотки соединены с входом выпрямителя, к выходу которого параллельно подключена обмотка возбуждения и импульсный ключ регулятора возбуждения с предварительным усилителем и оптронной парой, измерительный орган содержит последовательно соединенные стабилитрон, резистивный делитель, конденсатор фильтра, дополнительный выпрямитель, соединенный с фазами обмотки и дополнительными конденсаторами возбуждения в каждой фазе.

Недостатком известного устройства является наличие импульсного ключа, который при коммутации создает помехи и вносит дополнительные гармонические составляющие в форму выходного напряжения.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции при жесткой внешней характеристике в статических и динамических режимах.

Поставленная задача достигается тем, что генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий выпрямитель, к выходу «плюс» и «минус» которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а к входу — статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения, дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с «плюсом» выпрямителя и обмотки возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с «плюсом» выпрямителя и обмотки возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.

По данным научно-исследовательской и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Техническое решение промышленно применимо. Опытный образец генератора переменного тока с комбинированным возбуждением испытан в лаборатории Кубанского ГАУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены принципиальные схемы.

На фиг.1 представлена схема генератора на низкое напряжение (12÷40 В). На фиг.2 представлена схема генератора на напряжение 220/127 В, 380/220 В.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением содержит выпрямитель 1, обмотку возбуждения 2, статорную трехфазную обмотку 3, три диода 4, токоограничивающий резистор 5, конденсаторы возбуждения 6, дополнительные контакты 7, отпайки 8 статорной трехфазной обмотки 3.

К выходу «плюс» и «минус» выпрямителя 1 параллельно подключается обмотка возбуждения 2. Статорная трехфазная обмотка 3, соединенная с одной стороны с входом выпрямителя 1, а с другой стороны фазными выводами — с тремя диодами 4, катоды которых через токоограничивающий резистор 5 соединены с «плюсом» выпрямителя 1 и обмоткой возбуждения 2. Конденсаторы возбуждения 6 через контакты 7 соединены с фазными выводами статорной трехфазной обмотки 3. Статорная трехфазная обмотка 3 имеет отпайки 8 (фиг.2), которые соединены с анодами трех диодов 4.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением работает следующим образом. Замыкаются контакты 7. При вращении ротора за счет остаточного намагничивания в статорной трехфазной обмотке 3 появляется ЭДС, которая за счет колебательного контура статорная обмотка — конденсаторы возбуждения 6 усиливается и генератор самовозбуждается. Появившийся емкостной ток через выпрямитель 1 замыкается на обмотку возбуждения 2, которая создает поток, способствующий быстрому самовозбуждению.

Конденсаторы 6 отключаются контактами 7. Напряжение с фазных выводов поступает на три диода 4, проходит через токоограничивающий резистор 5 обмотку возбуждения 2 верхние по схеме диоды выпрямителя 1 и замыкаются на статорной трехфазной обмотке 3. Возникший ток обеспечивает работу генератора на холостом ходу. Изменяя величину сопротивления токоограничивающего резистора 5, регулируют напряжение холостого хода (XX).

При подключении нагрузки к зажимам А, В, С статорной трехфазной обмотки 3 ток нагрузки через выпрямитель 1 замыкается на обмотке возбуждения 2, что вызывает увеличение потока намагничивания, а следовательно, увеличивается ЭДС, но за счет падения напряжения снижается действие тока намагничивания через три диода 4 и токоограничивающий резистор 5. Таким образом, происходит стабилизация выходного напряжения.

При значительных изменениях коэффициенты мощности нагрузки выходное напряжение можно корректировать токоограничивающим резистором 5.

В случае изготовления генератора на напряжение 380/220 В, 220/127 В в статорной трехфазной обмотке 3 выполняются отпайки 8, которые соединяются с анодами трех диодов 4, а последние — через токоограничивающий резистор 5 с «плюсом» выпрямителя 1 и обмоткой возбуждения 2. В этом случае принцип действия генератора аналогичен описанному выше.

Достоинства предлагаемого генератора переменного тока заключаются в следующем.

1. При подключении нагрузки происходит прямое токовое компаундирование, а при подключении двигательной нагрузки — форсирование возбуждения, что увеличивает жесткость внешней характеристики.

2. Обмотка возбуждения имеет небольшое число витков, малую индуктивность, следовательно, генератор имеет небольшую электромагнитную постоянную.

3. Предлагаемый генератор не теряет возбуждение при больших нагрузках, что важно для специальных устройств.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий выпрямитель, к выходам «плюс» и «минус» которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а к входу — статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения, отличающийся тем, что содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с «плюсом» выпрямителя и обмоткой возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.

Принцип действия генератора переменного тока

Простейший генератор переменного тока состоит из проволочной рамки, вращающейся между полюсами неподвижного магнита. Каждый конец рамки соединен со своим контактным кольцом, скользящим по электропроводной угольной щетке (рисунок над текстом). Индуцированный электрический ток течет к внутреннему контактному кольцу, когда соединенная с ним половина рамки проходит мимо северного полюса магнита, и, наоборот, к внешнему контактному кольцу, когда мимо северного полюса проходит другая половина рамки.

 

Рис. 1.

 

 

Если рамка вращается с постоянной угловой скоростью, то напряжение на контактных кольцах будет изменяться по синусоидальному закону:

u = U_m sin ωt

Если к выводам съёмных контактов подключить сопротивление, то по электрической цепи потечет переменный ток который также изменяется по синусоидальному закону:

i = I_m sin ωt

Для переменных напряжения и тока можно выделить следующие параметры:

u , i — мгновенные значения,

U_m, I_m– максимальные (амплитудные) значения;

Т— период колебаний;

f = 1/ T –частота колебаний.

Для европейских стран частота колебаний напряжения составляет 50 Гц (50 колебаний в секунду), для Америки и Японии принята частота 60 Гц.

ω – круговая частота; ω = 2π f = 2π 50 = 100 π

U , I – действующие значения.

Действующими значениями переменного тока называют такой постоянный ток, который за время равное периоду выделяет в сопротивление R, такое же количество тепла, что и переменный ток.

Действующее значение характеризует энергетические свойства сигнала. Мгновенное значение характеризует информационные свойства сигнала. Приборы показывают действующее значение.

Рис. 2.

 

Выведем формулу действующего значения переменного тока:

= Энергия на постоянном токе = энергии на переменном токе.

Энергия на постоянном токе за период = RT

Чтобы узнать энергию на переменном токе за период T надо:

рассчитать элементарную энергию за маленький промежуток времени dt :

dW = i ² R dT , а затем все эти энергии сложить, то есть взять интеграл за период T.

= Rdt = R ;

 I ² = dt .  I = — действующее значение переменного тока.

Действующее значение еще называют среднеквадратичным значением.

Выведем формулу, связывающую действующее и максимальное значение гармонического сигнала. i = I_m sin ωt .

 

Получается разность интегралов, где второй интеграл от гармонической функции

 

Т.о. ; аналогично ; и ;

Элементы цепи синусоидального тока. Векторные диаграммы

Резистор

Идеальный резистивный элемент не обладает ни индуктивностью, ни емкостью. Если к нему приложить синусоидальное напряжение

u = U_m sin t   (см. рис. 1), то ток i через него будет равен

i = =  = I_m sin t           (2)

Соотношение (2) показывает, что ток имеет ту же начальную фазу, что и напряжение. Таким образом, если на входе двухлучевого осциллографа подать сигналы u и i, то соответствующие им синусоиды на его экране будут проходить (см. рис. 2) через нуль одновременно, т.е. на резисторе напряжение и ток совпадают по фазе.

Из (2) вытекает: ; .

Полученный результат показывает, что ток и напряжение совпадает по фазе, следовательно соответствующие им векторы напряжения и тока (см. рис. 3) совпадают по направлению.

Рис. 3.

Конденсатор

Идеальный емкостный элемент не обладает ни активным сопротивлением (проводимостью), ни индуктивностью.

 

Рис. 3.а) Обозначение емкости на схеме С1  конденсатор; С2 электролитический конденсатор; С3 переменный конденсатор	Рис. 3.б) Электрическое поле заряженного конденсатора

 

Если к конденсатору приложить синусоидальное напряжение u = U_m sin t, то за счет изменяющейся в соответствии с изменением направления поляризации диэлектрика через конденсатор будет протекать переменный ток.

Поскольку ток это скорость движения зарядов (количество заряда в единицу времени через поперечное сечение проводника), а заряд на обкладках конденсатора связан с напряжением между пластинами конденсатора зависимостью:

,

где С – емкость конденсатора, откуда:   q = Cu .

И так, напряжение на конденсаторе изменяется по синусоидальному закону:

u = U_m sin t

Тогда ток через конденсатор определится выражением

i = =  (Cu) = C = CU_m sin( t + ) = I_m sin( t + )               .(3)

Полученный результат показывает, что напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока на /2. Таким образом, если на входы двухлучевого осциллографа подать сигналы u и i, то на его экране будет иметь место картинка, соответствующая рис. 5.

 

 

Из (3) вытекает:    ; .

Введенный параметр X_C =  называют реактивным емкостным сопротивлением конденсатора. Как и резистивное сопротивление,  X_C имеет размерность Ом. Однако в отличие от R данный параметр является функцией частоты, что иллюстрирует рис. 5.б). Из рис. 5.б). вытекает, что при конденсатор пред ставляет разрыв для тока, а при . .

Ток опережает напряжение на угол . Этому соответствует векторная диаграмма, представленная на рис. 6.

Рассмотрим цепь, состоящую из активного сопротивления и конденсатора (Рис. 7).

Вектор падения напряжения на активном сопротивлении совпадает по направлению с током, а вектор напряжения на конденсаторе отстаёт от вектора тока на угол . Следовательно, векторная диаграмма такой схемы будет выглядеть следующим образом:

 

Рис. 8.

Катушка индуктивности

Индуктивность это устройство, способное при прохождении через него тока создавать магнитное поле, в котором запасается электромагнитная энергия.

Идеальный индуктивный элемент не обладает ни активным сопротивлением, ни емкостью. Для создания идеального индуктивного элемента нужно использовать сверхпроводящую катушку индуктивности. В реальных катушках индуктивности всегда присутствует активное сопротивление провода.

 

Рис. 9. Обозначение катушки индуктивности на схеме	Рис. 10. Магнитное поле катушки индуктивности

 

Для упрощения физического процесса рассмотрим идеальный индуктивный элемент, не обладает ни активным сопротивлением, ни емкостью.

Пусть протекающий через него ток определяется выражением  i = I_m sin t . Тогда для напряжения на зажимах катушки индуктивности можно записать

u= — e = =  (Li) =  L I_m sin ( t +  ) = U_m sin ( t +  ).         (5)

где  = Li — потокосцепление.

Полученный результат показывает, что напряжение на катушке индуктивности опережает по фазе ток на /2. Таким образом, если на входы двухлучевого осциллографа подать сигналы u и i, то на его экране (идеальный индуктивный элемент) будет иметь место картинка, соответствующая рис. 9.

Из (5) вытекает: = ωL = U = ωL I = X_L I ;

откуда X_L = ωL ;  где X_L– реактивное индуктивное сопротивление катушки индуктивности.

Введенный параметр X_L = ωL называют реактивным индуктивным сопротивлением катушки; его размерность – Ом. Как и у емкостного элемента, этот параметр является функцией частоты. Однако в данном случае эта зависимость имеет линейный характер, что иллюстрирует рис. 10. Из рис. 10 вытекает, что при  катушка индуктивности не оказывает сопротивления протекающему через него току, и при .

 Опережение током на угол  напряжение соответствует повороту вектора на угол  против часовой стрелки. Следовательно, уравнению соответствует векторная диаграмма, представленная на рис. 11

Естественно, что катушка изготавливается из металлического провода, который имеет активное сопротивление, полное сопротивление содержит активную и реактивную части: Z = R + jX_L

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО значение слова, meaning of ЭЛЕКТРИЧЕСТВО in English. Русский словарь Colier

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ Как уже говорилось, переменные токи — это токи, направление которых периодически изменяется. Число периодов циклического изменения тока в секунду называется частотой переменного тока и измеряется в герцах (Гц). Электроэнергия обычно подается потребителю в виде переменного тока с частотой 50 Гц (в России и в европейских странах) или 60 Гц (в США).

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединенных проводниках могут оказаться неодинаковыми. Емкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщенных резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединенных последовательно. Рассмотрим свойства такой цепи, подключенной к генератору синусоидального переменного тока (рис. 8). Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи на рис. 8 подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнет заряжаться, пока напряжение на нем не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадет до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

Реактивное и полное сопротивления. Чтобы проанализировать соотношение между током и напряжением для контура, изображенного на рис. 8, предположим, что заряд на левой пластине конденсатора дается выражением

а заряд на правой пластине равен — q. Здесь Q — максимальный заряд (Кл), t — время (с), а ? 2?f, где f — частота переменного тока (Гц). Ток через каждый элемент цепи равен:

где максимальный ток Iмакс равен ? Q. Переменное падение напряжения на конденсаторе равно:

Согласно закону Ома, падение напряжения на резисторе дается выражением

Падение напряжения всей цепи от a до b равно:

или

где

причем

Величина XL называется индуктивным сопротивлением и выражается в омах, если L — в генри; величина XC называется емкостным сопротивлением и выражается в омах, если C — в фарадах. Полное реактивное сопротивление цепи X также выражается в омах. Формулу (19) можно привести к простому и более ясному виду, использовав тригонометрическое тождество cos (a + b) cos a cos b — sin a sin b. Поскольку R и X выражены в омах, их можно рассматривать как катеты прямоугольного треугольника для определения угла ? (рис. 9). Гипотенуза

называется полным сопротивлением (импедансом) последовательного соединения. На рис. 9 изображен треугольник полного сопротивления, из которого явствует, что R Z cos ?, X Z sin ? и tg ? X/R. Выражение (19) можно переписать в виде v IмаксZ (cos ? cos ? t — sin ? sin ? t), что сводится к выражению

если использовать вышеприведенное тригонометрическое тождество; выражение (21) можно переписать в виде

где

Из формулы (21) следует, что напряжение v на зажимах цепи максимально при t ??/?, тогда как ток i максимален при t 0, т.е. ток отстает по фазе от напряжения на угол ?. Таким образом, ток отстает по фазе от напряжения, если преобладает индуктивное сопротивление, т.е. если XL больше XC. Ток опережает напряжение, если преобладает емкостное сопротивление, т.е. XC больше XL. Отметим, что соотношение (22) отличается от закона Ома лишь тем, что в нем активное сопротивление R заменено полным сопротивлением Z.

Если сопротивление R и максимальное падение напряжения на зажимах цепи поддерживаются постоянными, то наибольшее значение максимального тока Iмакс отвечает равенству двух реактивных сопротивлений. Если индуктивность и емкость тоже постоянны, то можно добиться равенства их реактивных сопротивлений, изменяя частоту переменного тока. Это достигается при круговой частоте

в таком случае говорят о резонансной настройке цепи.

Выше предполагалось, что переменный ток в цепи установился. В действительности же при подключении цепи к источнику переменного напряжения в ней возникают переходные процессы. Если сопротивление цепи не пренебрежимо мало, переходные токи выделяют свою энергию в виде тепла в резисторе и достаточно быстро затухают, после чего устанавливается стационарный режим переменного тока, что и предполагалось выше. Во многих случаях переходными процессами в цепях переменного тока можно пренебречь. Если же их необходимо учитывать, то нужно исследовать дифференциальное уравнение, описывающее зависимость тока от времени.

Эффективные значения. Главная задача первых районных электростанций состояла в том, чтобы обеспечивать нужный накал нитей осветительных ламп. Поэтому встал вопрос об эффективности использования для этих цепей постоянного и переменного токов. Согласно формуле (7), для электрической энергии, преобразующейся в тепло в резисторе, тепловыделение пропорционально квадрату силы тока. В случае переменного тока тепловыделение непрерывно колеблется вместе с мгновенным значением квадрата силы тока. Если ток меняется по синусоидальному закону, то усредненное по времени значение квадрата мгновенного тока равно половине квадрата максимального тока, т.е.

Квадратный корень из этой величины называется эффективным значением переменного тока. Следовательно, эффективное значение силы переменного тока равно:

Таким должен быть постоянный ток, чтобы обеспечить тот же нагрев нити накала, что и переменный ток с амплитудой Iмакс. Очевидно, что амплитуда переменного напряжения на лампе накаливания должна быть в раз больше соответствующего постоянного напряжения. Таким образом, эффективное значение напряжения переменного тока определяется как

Согласно формуле (22), полное сопротивление цепи переменного тока равно:

В отсутствие в цепи реактивных элементов имеем Z R и R V/I, откуда видно, что соотношение между эффективными значениями напряжения и тока в цепи переменного тока оказывается таким же, как и в цепи постоянного тока.

Мощность, поступающая в последовательную цепь, выраженная через эффективные значения тока и напряжения, равна:

Поскольку мощность, выделяемая в цепи постоянного тока, составляет P VI, величина cos ? называется коэффициентом мощности. Но V IZ, а R Z cos ? (рис. 9). Таким образом, мощность, выделяемая переменным током в последовательной цепи, равна:

откуда видно, что вся мощность расходуется на нагревание резистора, тогда как в конденсаторе и индуктивности мощность не поглощается. Правда, реальные катушки индуктивности все же поглощают некоторую мощность, особенно если у них имеется железный сердечник. При непрерывном перемагничивании железный сердечник нагревается — частично наводимыми в железе токами, а частично за счет внутреннего трения (гистерезиса), которое препятствует перемагничиванию. Кроме того, индуктивность может наводить токи в расположенных поблизости схемах. При измерениях в цепях переменного тока все эти потери выглядят как потери мощности в сопротивлении. Поэтому сопротивление одной и той же цепи для переменного тока обычно несколько больше, чем для постоянного, и его определяют через потери мощности:

Чтобы электростанция работала экономично, тепловые потери в линии электропередачи (ЛЭП) должны быть достаточно низкими. Если Pc — мощность, поставляемая потребителю, то Pc VcI как для постоянного, так и для переменного тока, поскольку при надлежащем расчете величину cos ? можно сделать равной единице. Потери в ЛЭП составят Pl RlI2 RlPc2/Vc2. Поскольку для ЛЭП требуются по крайней мере два проводника длиной l, ее сопротивление Rl ? 2l/A. В этом случае потери в линии

Если проводники выполнены из меди, удельное сопротивление ? которой минимально, то в числителе не остается величин, которые можно было бы значительно уменьшить. Единственный практический путь снижения потерь — увеличивать Vc2, поскольку применение проводников с большой площадью поперечного сечения A невыгодно. Это означает, что мощность следует передавать, используя как можно более высокое напряжение. Обычные электромашинные генераторы тока, приводимые в действие турбинами, не могут вырабатывать очень высокое напряжение, которого не выдерживает их изоляция. Кроме того, сверхвысокие напряжения опасны для обслуживающего персонала. Однако напряжение переменного тока, вырабатываемое электростанцией, можно для передачи по ЛЭП повысить с помощью трансформаторов. На другом конце ЛЭП у потребителя используются понижающие трансформаторы, которые дают на выходе более безопасное и практичное низкое напряжение. В настоящее время напряжение в ЛЭП достигает 750 000 В.

Русский словарь Colier.      Russian dictionary Colier. 2012

Инструкция и схема запуска синхронного генератора

Возбуждение генераторов осуществляется небольшим по размерам возбудителем переменного тока, состоящим из трёхфазной обмотки, расположенной на роторе генератора и электромагнитных полюсов, находящихся на статоре рядом со статорной обмоткой основной машины. Обмотка возбуждения возбудителя питается постоянным током от автоматического регулятора напряжения. Трёхфазный переменный ток, генерируемый в роторной обмотке, выпрямляется трёхфазным выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя и поступает на роторную обмотку возбуждения генератора. Выпрямительное устройство бесщёточного генератора состоит из кремниевых диодов, соединённых по трёхфазной мостовой схеме, регулируемого балластного резистора и сглаживающего конденсатора.
Бесщёточный синхронный генератор (рис. 1.1) состоит из следующих компонентов, где:

G — статорная обмотка, выходная;
FG — роторная обмотка возбуждения генератора;
Si — блок вращающихся кремниевых выпрямителей;
E — роторная обмотка возбудителя, выходная;
FE — статорная обмотка возбуждения;
EVA — внешний реостат задающего напряжения; иногда отсутствует
AVR — автоматический регулятор напряжения (АРН).
Статорная обмотка синхронного генератора уложена в пазы железа статора и представляет собой три обмотки, соединенные звездой.
Конструктивно бесщёточный синхронный генератор объединён с возбудителем переменного тока и вращающимся выпрямительным устройством в один агрегат. Отличительной особенностью бесщёточного синхронного генератора является отсутствие контактных колец и щёток.
Возбудитель представляет собой обращённый трёхфазный синхронный генератор, у которого обмотка возбуждения является неподвижной и питается непосредственно от автоматического регулятора напряжения. В некоторых рассматриваемых далее системах возбуждения и регулирования напряжения генераторов обмотка возбуждения возбудителя состоит из двух частей: основной и управляемой от автоматического регулятора напряжения, что обеспечивает более надёжное начальное возбуждение. Трёхфазная роторная обмотка возбудителя, соединённая звездой подключена к роторной обмотке генератора через трёхфазный блок вращающихся кремниевых выпрямителей, который находится между этими  двумя  обмотками,  ближе  к  возбудителю,  на  специально смонтированном изоляционном кольце. Кольцо и вентили вращаются вместе с роторами генератора и возбудителя и размещёны на общем валу. 
Трёхфазный переменный ток, генерируемый при вращении в роторной обмотке возбудителя, выпрямляется трёхфазным кремниевым выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя, и постоянное напряжение поступает на роторную обмотку генератора. Расположение вращающихся выпрямителей на роторной обмотке возбудителя удобно как для воздушного охлаждения, так и проведения обслуживания и ремонтных работ при проверке и замене вентилей.
В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно выходному напряжению подключается сглаживающий конденсатор и разрядный резистор для предотвращения обмотки возбуждения и конденсатора от пробоя.
Таким образом, возбудитель совместно с автоматическим регулятором напряжения позволяет поддерживать напряжение генератора с заданным отклонением при малых и больших нагрузках и обеспечивает защиту от короткого замыкания.
В результате совместных усилий обмоток статора генератора и возбудителя создаётся результирующая магнитодвижущая сила а, следовательно, и поток возбуждения, обеспечивая реакцию ротора и падение напряжения в обмотке статора генератора во всех режимах работы – от холостого хода до номинальной нагрузки.
Возбудитель переменного тока представляет собой обращённый синхронный генератор роторного типа. Ротор установлен на том же валу, что и ротор генератора и представляет собой трехфазную обмотку переменного тока. Нагрузкой возбудителя является обмотка возбуждения статора, поэтому необходим возбудитель переменного тока высокой частоты: чем выше частота, тем больше возбуждение. Однако высокая частота стремится увеличить потери в железе. Так как увеличение числа полюсов пропорционально увеличению частоты, то частота особенно ограничивается при использовании на низкой частоте вращения с точки зрения экономичности конструкции. В основном, для возбудителя переменного тока принята частота 50-60 Гц.
При эксплуатации нельзя допускать падение частоты вращения генератора ниже 50 Гц при полной нагрузке, так как возрастает ток на возбудителе генератора, что в свою очередь может привести к выходу из строя автоматического регулятора напряжения, пробою блока вращающихся кремниевых выпрямителей или самого возбудителя.

Устройство для измерения рабочего тока и тока утечки на корпус накопителя электроэнергии

 

Предложение относится к электроэнергетике и может найти применение, в частности, при производстве и эксплуатации конденсаторов, суперконденсаторов или аккумуляторов сетевых накопителей энергии. Технический результат полезной модели — упрощение устройства и повышение его надежности. Схема устройства содержит дифференциальный усилитель (1), входы которого предназначены для подключения через калиброванный резистор (2) к измерительный шунту (3) в рабочей цепи накопителя (4) электроэнергии. Кроме того, в схему устройства входят квадратурный детектор (5), который через аналого-цифровой преобразователь (6) подключен к выходу дифференциального усилителя (1), и генератор (7) переменного тока, выход которого подключен к опорному входу квадратурного детектора (5) и через развязывающий конденсатор (8) к калиброванному резистору (2). 1 ил.

МПК G01R 31/36

Устройство для измерения рабочего тока и тока утечки на корпус накопителя электроэнергии

Область техники

Предложение относится к электроэнергетике и может найти применение, в частности, при производстве и эксплуатации конденсаторов, суперконденсаторов или аккумуляторов сетевых накопителей энергии.

Уровень техники

Технические решения по измерению рабочего тока и тока утечки на корпус во многих случаях применимы как для конденсаторов (в том числе суперконденсаторов), так и для аккумуляторов.

Известно устройство для измерения тока, в частности, тока утечки при испытаниях изделий на электрическую прочность, и содержащее дифференциальный усилитель, вход которого подключен к рабочей цепи контролируемого изделия [RU2079849]. Недостаток известного устройства — малый диапазон измерений, не позволяющий использовать его для измерения больших токов через контролируемое изделие, например рабочих токов накопителей электроэнергии.

Известно высковольтное устройство для измерения тока, содержащее измерительный шунт, подключенный к рабочей цепи, и аналого-цифровой преобразователь, на вход которого подается сигнал с

измерительного шунта [RU2368906]. Недостаток этого устройства — малый диапазон измерений, не позволяющий использовать его для измерения токов утечки контролируемого изделия, например, накопителей энергии.

В уровне техники не выявлено устройство, способное измерять существенно различающиеся (на несколько порядков) между собой рабочие токаи и токи утечки на корпус с помощью одних и тех же схемных и измерительных элементов.

Раскрытие существа полезной модели

Предлагаемое устройство представляет собой комплексное схемно-техническое решение, предназначенное для измерения существенно различающиеся (на несколько порядков) между собой рабочих токов и токов утечки на корпус накопителей электроэнергии (аккумуляторов или конденсаторов) с помощью одних и тех же схемных и измерительных элементов.

Технический результат полезной модели — расширение функциональности устройства с возможностью реализации им своего назначения.

Предметом полезной модели является устройство для измерения рабочего тока и тока утечки на корпус накопителей электроэнергии, содержащее дифференциальный усилитель, входы которого предназначены для подключения через калиброванный резистор к

измерительный шунту в рабочей цепи накопителя электроэнергии, квадратурный детектор, который через аналого-цифровой преобразователь подключен к выходу дифференциального усилителя, и генератор переменного тока, выход которого подключен к опорному входу квадратурного детектора и через развязывающий конденсатор к указанному калиброванному резистору.

Это позволяет получить указанный технический результат, а также упростить измерительные средства контроля накопителей, повысить их надежность и снизить себестоимость.

Осуществление полезной модели

На фиг.1 приведена схема устройства.

Она содержит дифференциальный усилитель 1, входы которого предназначены для подключения через калиброванный резистор 2 к измерительный шунту 3 в рабочей цепи накопителя 4 электроэнергии. Кроме того, в схему устройства входят квадратурный детектор 5, который через аналого-цифровой преобразователь 6 подключен к выходу дифференциального усилителя 1, и генератор 7 переменного тока, выход которого подключен к опорному входу квадратурного детектора 5 и через развязывающий конденсатор 8 к калиброванному резистору 2.

Кроме того, на фиг.1 показано сопротивление R_у утечки на корпус и ключи 9, подключающие накопитель 4 к шинам 10 постоянного тока.

Устройство для измерения рабочих токов и токов утечки на корпус работает следующим образом.

В рабочем режиме, при замкнутых ключах 9, производится измерение рабочего тока накопителя 4. Результат измерения позволяет рассчитать внутреннее сопротивление накопителя 4. Для измерения рабочего тока используется рассчитанный на рабочий ток шунт 3, к которому подключен дифференциальный вход усилителя 1. Выходной сигнал усилителя 1, дифференциальный вход которого подключен к шунту 3, подается на вход аналого-цифрового преобразователя 6.

В режиме контроля утечки, при разомкнутых ключах 9, измеряется сопротивление R_у утечки на корпус. В этом режиме в качестве измерительного шунта используется калибровочный резистор 2, включенный между шунтом 3 и дифференциальным усилителем 1.

Переменное испытательное напряжение, вырабатываемое генератором 7, подается между корпусом устройства и входом дифференциального усилителя 1. Ток утечки протекает по цепи: генератор 7 — конденсатор 8 — резистор 2 — сопротивление R_у — корпус. Этот ток создает на резисторе 2 падение напряжения, являющееся входным сигналом для дифференциального усилителя 1.

Ток I_у утечки измеряется при помощи квадратурного детектора 5, к выходу которого подключается стрелочный или цифровой индикатор.

Сопротивление утечки R_у вычисляется по измеренному току утечки как решение квадратного уравнения

где

R — сопротивление резистора 2;

U_г — выходное напряжение генератора 7;

I_у — измеренный ток утечки;

f — рабочая частота генератора 7;

С — емкость конденсатора 8.

Устройство для измерения рабочего тока и тока утечки на корпус накопителя электроэнергии, содержащее дифференциальный усилитель, входы которого предназначены для подключения через калиброванный резистор к измерительный шунту в рабочей цепи накопителя электроэнергии, квадратурный детектор, который через аналого-цифровой преобразователь подключен к выходу дифференциального усилителя, и генератор переменного тока, выход которого подключен к опорному входу квадратурного детектора и через развязывающий конденсатор к указанному калиброванному резистору.

Как зарядить автомобильный аудиоконденсатор менее чем за 5 минут? — Улучшение автомобильной аудиосистемы

При обновлении автомобильной аудиосистемы может потребоваться добавить в систему конденсатор. Однако перед первым подключением необходимо зарядить конденсатор.

Хотя зарядка несложная, но есть некоторые хитрости, поэтому я решил написать небольшую статью о том, как заряжать конденсаторы для автомобильной аудиосистемы.

Как правило, при зарядке конденсатора подключайте его положительный вывод к положительному выводу автомобильного аккумулятора и добавляйте резистор между обоими выводами.Резистор добавляет в схему нагрузку, поэтому конденсатор может заряжаться. Затем подключите отрицательную клемму конденсатора к заземляющему шасси, но не к тому же месту, что и усилитель.

Как партнер Amazon, ImproveCarAudio будет получать небольшую комиссию за соответствующие покупки, сделанные по ссылкам в этой статье.

Совет: Конденсатор можно заряжать до максимального уровня напряжения батареи. Например, обычная батарея на 12 В заряжает конденсатор не более чем до 12 В, и не имеет значения, 1 Ф или 18 Ф у вашего конденсатора.

Для большинства автомобильных аудиосистем конденсаторов от 2F до 5F будет достаточно, с моим фаворитом за такие деньги SoundBox 2.5F SCAP2D .

В статье ниже я рассмотрю более подробную информацию и различные способы зарядки аудиоконденсаторов в зависимости от установленной системы.

Вам нужен конденсатор для звуковой системы?

Конденсаторы играют важную роль в цепях — от накопления электрических зарядов до управления реактивным сопротивлением.Конденсаторы имеют преимущество перед батареями, поскольку они заряжаются за меньшее время. Однако конденсаторы хранят относительно небольшое количество энергии.

В транспортных средствах наличие высокочастотной аудиосистемы — это превосходно. Однако усилители потребляют большое количество энергии от аккумулятора, в результате чего другие функции автомобиля неадекватны. В некоторых случаях и с установленными мощными усилителями вождение ночью становится рискованным из-за приглушенного света.

Кроме того, полностью повреждены и другие элементы в автомобиле.Конденсатор пригодится, чтобы не перегружать генератор и аккумулятор.

Мощный конденсатор позволяет генератору выполнять все действия, от запуска двигателя до подачи питания на аудиосистему. Есть три типа автомобильных аудиоконденсаторов:

Три типа различаются по энергии, которую они могут содержать. Электролитический конденсатор имеет высокую скорость заряда, но имеет относительно низкую мощность.

Напротив, угольные конденсаторы обладают большей мощностью, но заряжаются дольше.Гибридный конденсатор представляет собой смесь углерода и электролитического конденсатора.

Нужно ли заряжать конденсаторы?

Если конденсаторы хранятся в заряженном состоянии, они могут оставаться заряженными даже после удаления из цепи. Заряд опасен и может привести к поражению электрическим током.

Большие конденсаторы требуют, чтобы клеммы были закорочены перед хранением, потому что существует вероятность развития высокого напряжения, когда цепь остается разомкнутой. Следовательно, новый конденсатор не готов к использованию, если вы покупаете его на заводе.

Конденсатор необходимо зарядить перед его установкой в ​​аудиосистему; в противном случае быстрое протекание тока приведет к искре.

Что делает конденсатор для автомобильной аудиосистемы?

Без конденсатора наблюдается дисбаланс в подаче питания. Если модель вашего усилителя потребляет много энергии, она будет конкурировать с тусклым светом при воспроизведении музыки. Ночное вождение может привести к аварии из-за плохой видимости.

Если вы едете с включенной музыкой, вас может отвлечь неожиданное мигание фар.Без конденсатора аудиосистема потребляет большое количество энергии, оставляя батарею для поддержания постоянного состояния освещения.

Конденсатор необходим, поскольку он позволяет усилителю забирать у него энергию, поскольку автомобильный аккумулятор концентрирует свои усилия на освещении.

Что мне нужно для зарядки конденсатора?

Хотя никаких специальных инструментов не требуется, есть несколько основных вещей, которые могут пригодиться при подключении и зарядке конденсатора:

• Power Wire того же размера, что и для остальной аудиосистемы

Как зарядить конденсатор для автомобильной аудиосистемы?

Новые конденсаторы поставляются с зарядным устройством, которое представляет собой простую пластину с резистором и четырьмя проводами.Два провода необходимо подключить к положительной и отрицательной клеммам конденсатора. Другой положительный провод с положительной клеммой аккумулятора и второй отрицательный провод заземляем на шасси автомобиля.

Важно помнить, что отрицательный вывод нельзя подключать к заземлению аудиосистемы.

Ниже приведены несколько шагов по подключению конденсатора к электросистеме автомобиля и его правильной зарядке, если он не оснащен оригинальным зарядным устройством:

• Припаркуйте автомобиль на ровной поверхности и включите стояночный тормоз.

• Подключите заставку памяти.

• Отсоедините провод массы от аккумулятора, начиная с отрицательного провода аккумулятора. Когда вы начинаете с отсоединения плюсового провода, вы можете вызвать короткое замыкание при прикосновении к автомобилю.

• Возьмите провод, который хотите использовать для плюсового соединения. Убедитесь, что на этом проводе нет предохранителя. В противном случае он взорвется при замыкании цепи.

• Добавьте разъемы к проводам.

• Подключите положительный вывод конденсатора к аудиосистеме.После подключения конденсатора установите его на автомобиль.

• Подключите отрицательную клемму конденсатора к земле. Убедитесь, что вы используете другую точку на шасси, отличную от точки подключения существующего усилителя.

Теперь конденсатор начинает заряжаться и через несколько минут будет готов к работе с аудиосистемой.

Как зарядить автомобильный конденсатор без резистора?

Если у вас нет резистора для замыкания цепи зарядки, вы все равно можете зарядить конденсатор с помощью лампочки.Чтобы использовать этот метод, вам понадобятся дополнительные элементы:

Имея под рукой все инструменты, выполните следующие действия, и вы мгновенно зарядите свой конденсатор лампочкой:

• Поместите конденсатор рядом с аккумулятором.

• Подключите отрицательную клемму конденсатора к шасси автомобиля.

• Удерживайте контрольную лампу, используя зажимы типа «крокодил» между положительной клеммой аккумулятора и положительной клеммой конденсатора.Подержите контрольную лампу в течение нескольких минут. Когда конденсатор заряжен, контрольная лампочка погаснет.

Сколько времени нужно, чтобы зарядить конденсатор?

Время зарядки зависит от его размера, но в среднем для полной зарядки конденсатора требуется менее 5 минут.

По сравнению со временем, необходимым для зарядки аккумулятора, зарядка конденсатора происходит намного быстрее.

Как узнать, что конденсатор полностью заряжен?

Самый простой способ узнать, полностью ли заряжен конденсатор, — это посмотреть на текущее значение на экране вольтметра.Однако существует несколько методов определения заряда конденсатора при отсутствии цифрового дисплея:

Конденсатор, когда он полностью заряжен и готов к установке в автомобиле, должен иметь напряжение более 13 В.

При использовании внешнего мультиметра или вольтметра для проверки уровня заряда конденсатора необходимо подключить красный положительный щуп мультиметра к положительной клемме конденсатора, а отрицательный щуп — к отрицательной клемме.Число, отображаемое на экране, будет точным напряжением конденсатора.

Сколько раз можно заряжать конденсатор?

Из-за механических сил, возникающих в результате разряда, компоненты конденсаторов, особенно те, которые аккумулируют большую энергию, имеют тенденцию со временем изнашиваться.

Таким образом, конденсаторы имеют порог циклов зарядки. Однако электролитические конденсаторы могут выдерживать большое количество циклов зарядки по сравнению с другими.

Что делать, если аудиоконденсатор не заряжается?

Аудиоконденсатор может не заряжаться, если он не замкнут.Такая схема должна иметь источник питания, нагрузку и путь для прохождения тока. Нагрузка схемы может включать резистор или контрольную лампочку.

Если ваш звуковой конденсатор поврежден , лучший вариант — заменить его.

Как разрядить конденсатор автомобильной аудиосистемы?

Лучший способ разрядить конденсатор автомобильной аудиосистемы — замкнуть его накоротко на 30 минут или более.

Главный автомобильный стереоусилитель должен быть выключен при разрядке конденсатора, потому что он может сохранять электрический заряд в течение многих часов, даже после того, как он был полностью разряжен и отключен от источника питания.

После того, как конденсатор разрядится, не забудьте отсоединить провода от обеих клемм. Затем, независимо от того, хотите вы по-прежнему использовать конденсатор или нет, вы должны очистить его медицинским спиртом перед повторной установкой или хранением, если во время использования он подвергся воздействию грязи, пыли или мусора.

Как быстро разряжается конденсатор автомобильной аудиосистемы?

Конденсаторы автомобильной аудиосистемы разряжаются очень быстро. Обычно для полной разрядки автомобильных аудиоконденсаторов требуется всего несколько минут.

Генератор автомобиля продолжает подавать напряжение, пока двигатель автомобиля работает, и одновременно непрерывно заряжает автомобильный конденсатор.

Но если выключить машину, перестанет работать генератор, и конденсатор начнет разряжаться. Вы можете проверить это, прикоснувшись несколькими перемычками к клеммам старого автомобильного аккумулятора.

Также важно отметить, что автомобильные конденсаторы с возрастом ухудшаются, поскольку теряют способность удерживать определенный объем электрического заряда.

Некоторые автомобильные аудиоконденсаторы начинаются с 1Ф, но через два года могут сохранять не более 0,8Ф из-за старения. Старение аудиоконденсатора также означает, что для его полной зарядки требуется больше времени.

Еще нужно помнить, что автомобильный конденсатор может полностью перезарядиться примерно за 30 минут после подключения к разряженному автомобильному аккумулятору.

Заключение

Одна вещь, которую вы никогда не захотите, — это время от времени бегать за новой запчастью. Некоторые важные функции в вашем автомобиле могут быть неисправны, если батарея сконцентрирована на работе аудиосистемы.

Например, генератор или даже сама батарея могут выйти из строя. Мощный конденсатор берет на себя ответственность за работу аудиосистемы, поскольку аккумулятор питает все остальное в автомобиле, а генератор запускает двигатель.

Однако при обращении с конденсаторами необходимо соблюдать осторожность. Конденсаторы большой емкости могут быть фатальными, особенно при коротком замыкании. Не забудьте также разрядить конденсатор перед тем, как выбросить его в мусор, так как это может вызвать пожар.

Зарядка и разрядка (суперконденсаторы)

Эти инструкции предназначены для зарядки и разрядки «супер (угольных) конденсаторов». Для зарядки и разрядки стандартных конденсаторов накопления энергии (например, конденсаторов 0,025, 0,50, 1,0 и 1,5 Фарада) обратитесь к разделу «Зарядка и разрядка конденсаторов накопления энергии».

Меры предосторожности Основная функция заряженного конденсатора — мгновенно разряжаться и обеспечивать всплеск тока (мощности) в блоке питания усилителя (обычно во время сильных басовых нот), когда это необходимо. Система зарядки автомобиля (аккумулятор и генератор) быстро перезарядит конденсатор для следующего всплеска необходимой энергии. Хотя конденсатор не является батареей, с ним следует обращаться как с батареей. Как и обычная свинцово-кислотная батарея, конденсатор необходимо зарядить, подключить к источнику питания и заземлению и защитить от короткого замыкания.Однако, в отличие от типичной свинцово-кислотной батареи, конденсаторы полностью герметичны и поэтому не требуют никакого обслуживания. Они также могут быть установлены вертикально, сбоку или перевернуты без утечки (однако следует принять во внимание, чтобы не блокировать предохранительное отверстие, расположенное в верхней части конденсатора — используется для предотвращения взрыва, если по какой-либо причине может произойти короткое замыкание. .)

Зарядка «угольного конденсатора»

Избыточная зарядка элементов сокращает срок их службы.Зарядка ячеек при температуре окружающей среды ниже + 77 ° F (+ 25 ° C) минимизирует ухудшение их полезного срока службы (сохраняя его около ожидаемого 500000 циклов). Во время процесса зарядки дисплей угольного конденсатора будет показывать напряжение до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение заряда примерно 10,0 вольт. После достижения 10 вольт угольный конденсатор продолжит заряжаться, отображая напряжение в течение 2 минут, пока не отключится. Даже если на дисплее не отображается напряжение, угольный конденсатор будет продолжать заряжаться.Дисплей снова включится после достижения примерно 13,0 вольт и будет оставаться включенным до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже 13,0 вольт. Дисплей является дисплеем с измерением напряжения, что означает, что он будет отображать напряжение только во время колебаний напряжения, когда входное напряжение ниже 13,0 вольт. Если входное напряжение выше 13,0 вольт, дисплей останется включенным. Схема отображения настроена таким образом, чтобы исключить разряд аккумулятора, когда автомобиль не работает. Убедитесь, что все соединения питания и заземления выполнены на конденсаторном модуле. Подсоедините аккумулятор и любой другой источник питания, который мог быть отключен. ПРИМЕЧАНИЕ. Если к CPCC была подключена обратная полярность, при подаче питания будет звучать предупреждающий зуммер. Немедленно отключите CPCC от источника питания, убедитесь, что он разряжен, и снова подключите его с соблюдением полярности. Присоедините один конец зарядного резистора к проводу питания, ведущему к конденсаторному модулю. Настоятельно рекомендуется поставить предохранитель перед конденсатором. Это необходимо для гарантии того, что, если конденсатор будет установлен с обратной полярностью, он сначала перегорит предохранитель, а не крышку. Присоедините другой конец зарядного резистора к положительному полюсу аккумуляторной батареи. Зеленый светодиод станет тусклым и погаснет после достижения напряжения батареи, обычно 12,6 В. Это займет около 10 минут. Чтобы получить более точные показания, поместите красный провод вольтметра на сторону зарядного резистора, ведущую к модулю конденсатора (сторона крышки предохранителя), а черный провод к шасси автомобиля или к отрицательному зажиму аккумуляторной батареи. Когда будет достигнут полный заряд и конденсаторный модуль покажет то же напряжение, что и батарея, подключите провод питания, ведущий к конденсаторному модулю, к положительному полюсу аккумулятора. ВНИМАНИЕ : могут возникнуть небольшие искры. П РИ МЕЧА Н И Е На этом этапе очень важно разместить желтую предупреждающую этикетку на верхней части аккумулятора или на хорошо видном месте. Это позволит любому человеку узнать, что подключена вспомогательная форма власти. Очень-очень важно разрядить конденсаторный модуль перед выполнением любых работ на автомобиле. Важно помнить, что угольный конденсатор Rockford может быть полностью заряжен и может причинить травму, если не разрядится. Угольный конденсатор Rockford готов к использованию.

Крышка 25 Фарад (CPCC25) занимает прибл. 7 мин. заряжать. Крышка 40 Фарад (CPCC40) занимает прибл. 15 мин. заряжать. Сменный зарядный резистор представляет собой керамический 5 Ом, 25 Вт.

Разрядка «угольного конденсатора»

W A R N I N G Во избежание серьезных травм, пожара и / или повреждений убедитесь, что конденсатор должным образом разряжен, прежде чем обслуживать автомобиль и / или компоненты системы. Отсоедините провод питания, идущий к конденсаторному модулю, от аккумуляторной батареи. Присоедините один конец зарядного резистора к проводу питания, ведущему к конденсаторному модулю. Присоедините другой конец зарядного резистора к шасси автомобиля или к отрицательному зажиму аккумуляторной батареи. Красный светодиод станет тусклым и погаснет, когда разряд будет завершен, примерно через 10 минут. Опять же, чтобы получить более точные показания, поместите красный провод вольтметра на сторону зарядного резистора, ведущую к конденсаторному модулю (конденсаторная сторона предохранителя), а черный провод к шасси автомобиля или к отрицательному зажиму аккумуляторной батареи.

Крышка 25 Фарад (CPCC25) занимает прибл. 7 мин. разрядить. Крышка 40 Фарад (CPCC40) занимает прибл. 15 мин. разрядить. Сменный разрядный резистор — керамический 5 Ом, 25 Вт.

N O T I C E КРАСНЫЙ светодиод может гореть во время зарядки, а ЗЕЛЕНЫЙ светодиод может гореть во время разрядки, если зарядный резистор подключен в обратном направлении. Это не повредит ни резистору, ни конденсатору, если соблюдаются правильные процедуры зарядки и разрядки.

Производители дизельных генераторов | Генератор асинхронный с водяным охлаждением

Fischer Panda производит единственный подлинный асинхронный генератор со 100% -ным охлаждением пресной водой для использования в ВОЕННЫХ, МОРСКИХ или АВТОМОБИЛЯХ.

Fischer Panda Generators производит единственный подлинный асинхронный генератор со 100% охлаждением пресной водой для использования в военных, морских или специальных транспортных средствах. Наша запатентованная технология позволяет нам создавать самые маленькие, легкие и бесшумные генераторы в мире! Генераторы маленькие, легкие, тихие и очень эффективные.Они размещены в звукоизолированной капсуле, которая сводит к минимуму шум и вибрацию во время работы. Кроме того, наши генераторы имеют компактную конструкцию, поэтому для их установки на военном транспортном средстве, на борту лодки или грузовика требуется совсем немного места.

Fischer Panda предлагает генераторы переменного или постоянного тока в военных, морских или специальных транспортных средствах. Генераторы обеспечивают питание бортовых электрических систем, электрических приводов и полных мобильных энергетических систем, а также водолазных компрессоров и систем кондиционирования воздуха.Ассортимент продукции Fischer Panda включает в себя различные генераторы от 2,5 кВт до 200 кВт
Если уровень шума, размер и вес являются вашими проблемами, то лучшим выбором будет генератор Fischer Panda.

Fischer Panda производит единственный подлинный асинхронный генератор со 100% охлаждением пресной водой для использования в ВОЕННОМ, МОРСКОМ или АВТОМОБИЛЕ.

Fischer Panda Generators производит единственный подлинный асинхронный генератор со 100% охлаждением пресной водой для использования в военных, морских или специальных транспортных средствах. Наша запатентованная технология позволяет нам создавать самые маленькие, легкие и бесшумные генераторы в мире! Генераторы маленькие, легкие, тихие и очень эффективные. Они размещены в звукоизолированной капсуле, которая сводит к минимуму шум и вибрацию во время работы. Кроме того, наши генераторы имеют компактную конструкцию, поэтому для их установки на военном транспортном средстве, на борту лодки или грузовика требуется совсем немного места.

Fischer Panda предлагает генераторы переменного или постоянного тока в военных, морских или специальных транспортных средствах. Генераторы обеспечивают питание бортовых электрических систем, электрических приводов и полных мобильных энергетических систем, а также водолазных компрессоров и систем кондиционирования воздуха.Ассортимент продукции Fischer Panda включает в себя различные генераторы от 2,5 кВт до 200 кВт
Если уровень шума, размер и вес являются вашими проблемами, то лучшим выбором будет генератор Fischer Panda.

Вылизывание генератора, нытье — AVweb

Выявление проблемы

Радиошум, вызванный генератором переменного тока, представляет собой пронзительный вой, интенсивность которого увеличивается и уменьшается с изменением частоты вращения двигателя. Выключение главного выключателя генератора также отключает радиошум.

Твердотельные регуляторы, в которых используется система управления полем с широтно-импульсной модуляцией, также могут создавать шум в радиоприемниках. Свист, вызванный регулятором, можно отличить от свиста, вызванного генератором, по тому, что интенсивность и высота шума, вызванного регулятором, изменяются при изменении токовой нагрузки при постоянной частоте вращения двигателя. Таким образом, включение габаритных огней не усилит вой генератора, но усилит вой регулятора.

Как работает генератор

Ток, генерируемый в обмотках статора генератора, представляет собой трехфазный переменный ток, но диоды преобразуют его из переменного в постоянный, прежде чем он покинет генератор.Для выпрямления трех фаз статора требуется шесть диодов. Каждая из трех обмоток статора подключена к паре диодов. Три диода подключены к положительной выходной клемме генератора переменного тока, а три других подключены к отрицательной (заземляющей) клемме.

По мере увеличения напряжения каждой обмотки статора соответствующая пара диодов становится смещенной в прямом направлении и пропускает ток генератора. Какая обмотка статора и пара диодов являются проводящими в любой момент, зависит от положения ротора.После того, как диоды выпрямляют три фазы переменного тока и суммируют их все вместе, в совокупности получается напряжение постоянного тока с небольшой остающейся пульсацией напряжения переменного тока.

Лучше всего определять пульсации напряжения на электрической шине с помощью осциллографа. Другой метод — использовать обычный вольт-омметр (ВОМ) для измерения напряжения переменного тока. Возможно, вам придется подключить последовательно конденсатор к положительному выводу измерителя, чтобы заблокировать напряжение постоянного тока, чтобы на ваш измеритель попадало только напряжение пульсации. (Некоторые измерители делают это автоматически, когда вы выбираете переменное напряжение.Конденсатор представляет собой разомкнутую цепь для постоянного тока, но пропускает переменный ток, поэтому показания вольтметра, которые вы видите, представляют собой величину пульсаций переменного напряжения на шине. Вам нужно будет сравнить показания с показаниями других самолетов, чтобы определить, какой уровень напряжения переменного тока является нормальным.

Что вызывает вой генератора?

Обычно пульсаций напряжения недостаточно, чтобы вызвать радиошум, но есть два условия, которые могут вызвать повышение пульсаций напряжения, достаточное для создания радиошумов. Это выход из строя диода и повышенное сопротивление цепи.

Если диод генератора выходит из строя, величина пульсаций напряжения заметно увеличивается. Свист генератора может быть признаком неисправного альтернативного диода. Для проверки генератора без разборки можно использовать два метода испытаний.

Есть ручной блок с датчиком, который зажимает выходной провод генератора переменного тока. На счетчике появится неисправный диод. Изначально эти измерители продавались как тестер генератора Ward Aero, модель 647. В настоящее время они продаются компанией Support Systems Inc. как model10-647-01.

Второй метод тестирования заключается в использовании осциллографа для проверки выхода генератора на наличие чрезмерных пульсаций напряжения или всплесков напряжения выпрямителя, вызванных неисправным диодом.

Проверка диодов

Если генератор отключен, диоды можно проверить с помощью VOMset для измерения сопротивления. Этот тест гарантирует, что каждый диод проводит только в одном направлении. От каждого диода нужно отпаять выводы статора. Откалибруйте VOM по шкале диапазона множителя R x 1 так, чтобы показания были нулевыми при закороченных вместе выводах VOM.

Подключите один измерительный щуп к положительной выходной клемме генератора, а другой измерительный щуп коснитесь каждой из трех паяных клемм диодов, установленных на положительной плате выпрямителя. Обратите внимание на три показания омметра: они должны совпадать. Теперь переставьте тестовые щупы и повторите тест. Обратите внимание на три показания омметра: опять же, они должны быть идентичны друг другу, но не такими, как на предыдущем шаге. Три показания омметра должны показывать низкое сопротивление примерно от 6 до 20 Ом, а три показания должны показывать бесконечное значение (без движения измерителя).

Повторите ту же процедуру проверки для трех диодов на плате отрицательного выпрямителя, подключив один испытательный щуп к отрицательной выходной клемме и проверив все три диода с другим щупом. Затем поменяйте местами провода и проверьте еще раз. Диоды должны показывать низкое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в противоположном направлении.

Причины электрической цепи

Свист генератора также может быть вызван плохими электрическими соединениями, особенно в аккумуляторной батарее. Обычно низкий импеданс батареи поддерживает электрические цепи самолета под напряжением постоянного тока.(Импеданс — это просто сопротивление переменному току.) Любые пульсации переменного тока в авиационной шине поглощаются аккумулятором. Таким образом, аккумуляторная батарея самолета действует как большой поглотитель пульсаций.

Если аккумулятор обеспечивает нулевое сопротивление (т. Е. Короткое замыкание для переменного тока), шум генератора не может возникнуть. В реальном мире всегда будет какое-то сопротивление. Но чем он ниже, тем меньше будет пульсация напряжения.

Предположим, что положительный полюс аккумуляторной батареи корродировал. Хотя сопротивление постоянного тока, измеренное омметром, может быть низким, высокочастотное сопротивление (т.е.е., сопротивление) может быть очень высоким. Чем выше это сопротивление, тем больше пульсация напряжения на шине и тем больше шума вы слышите в своих радиоприемниках.

Сопротивление цепи можно снизить, убедившись, что клеммы батареи чистые и имеют хороший контакт. Сопротивление постоянному току должно быть меньше 0,01 Ом… практически ноль. Также проверьте заземление генератора, включая перемычку заземления двигателя. Сопротивление постоянному току между генератором и отрицательной клеммой аккумуляторной батареи должно быть как можно меньше.

В идеальной схеме с низким уровнем шума выходная мощность генератора должна поступать непосредственно на положительный полюс батареи. Это сбрасывает пульсирующее напряжение в батарею, где оно поглощается. Кабель радиоэнергетики также будет напрямую подключаться к чистому источнику постоянного тока, батарее.

Если провод питания генератора переменного тока и провод питания радиоустройства подключены к шине, то пульсации напряжения могут перейти от генератора к проводу питания радио. Величина пульсаций напряжения на шине зависит от импеданса между шиной и аккумулятором.Это сопротивление выше, чем у батареи.

Обратный путь пролегает от генератора к двигателю, подвеске двигателя, брандмауэру и через фюзеляж к батарее. Эти соединения должны иметь низкое сопротивление. Плоские плетеные заземляющие ремни идеально подходят для заземления планера и подвески двигателя. Плоские плетеные ленты используются потому, что сопротивление плетеного плоского проводника меньше, чем у круглого проводника.

Фильтрующие конденсаторы

Существует два метода фильтрации пульсаций напряжения: обход пульсаций напряжения обратно к источнику или блокирование пульсаций напряжения, чтобы они не могли пройти.Конденсаторы используются для обхода пульсаций напряжения, а катушки индуктивности — для блокировки шумовых токов. Наиболее эффективный подход зависит в первую очередь от импеданса цепи.

Конденсаторы отводят шумовые токи обратно в обратный путь генератора (обычно называемый землей). Чтобы быть эффективной, конденсатор должен иметь путь с низким сопротивлением обратно к генератору переменного тока. Следовательно, конденсатор фильтра должен быть установлен как можно ближе к генератору. Конденсатор устанавливается таким образом, чтобы один вывод был подключен к выходу питания, а другой — к земле, так что он был параллелен цепи.

Для постоянного напряжения конденсатор образует разомкнутую цепь (высокий импеданс) и не пропускает ток. На шумовых частотах конденсатор формирует короткое замыкание (низкий импеданс) и отводит шумовые токи обратно к генератору переменного тока. Таким образом мы сформировали фильтр нижних частот. Эффективность использования конденсатора в качестве шумового фильтра зависит от согласования номинальной емкости конденсатора с частотой шумовых токов.

Частота, при которой емкость и индуктивность конденсатора равны, — это частота, на которой он имеет наименьшее сопротивление и лучшую фильтрацию.Это резонансная частота. Конденсатор правильного размера — это конденсатор, в котором частота, которую мы хотим обойти, равна или меньше резонансной частоты.

Конденсаторы меньшего размера (диапазон пикофарад) эффективны при высоких частотах, а конденсаторы большего размера (диапазон микрофарад) эффективны на более низких частотах. Если вы фильтруете кондуктивные помехи (как в генераторе переменного тока), то это низкочастотные помехи, и емкость конденсатора должна находиться в диапазоне микрофарад. Если вы фильтруете излучаемые помехи (когда проводник действует как антенна), это высокочастотный сигнал, и конденсатор должен находиться в диапазоне пикофарад.

Обычно в фильтре генератора используется конденсатор от 0,5 до 50 мкФ. В Cessna есть конденсаторный фильтр на 5,72 мкФ, доступный под номером S1915-1.

Лучшими типами конденсаторов для фильтрации являются керамические и танталовые конденсаторы, керамические для пикофарадного диапазона и танталовые для микрофарадного диапазона. Электролитические конденсаторы являются фильтрами с относительно низким уровнем шума и имеют небольшой срок службы.

Резонанс конденсатора можно аппроксимировать следующей формулой: резонансная частота (в МГц) равна 1/2 пи, умноженному на квадратный корень из длины вывода, умноженной на емкость.Обратите внимание, что длина провода существенно влияет на резонансную частоту конденсатора. Например, конденсатор емкостью 500 пФ с выводами 1/4 дюйма резонирует на частоте 100 МГц. Но с проводами диаметром 1 дюйм он резонирует на частоте 50 МГц. Таким образом, длина выводов конденсаторов, используемых в цепях фильтров, должна быть как можно короче.

Индуктивные фильтры

Другой способ фильтрации радиошумов — это блокировать пульсации с помощью последовательного индуктора. Наиболее распространенный тип индуктора для фильтрации шума — это ферритовый сердечник. Они бывают разных стилей, но обычно провод с токами шума наматывается вокруг сердечника, образуя индуктор, включенный последовательно с цепью.Постоянный ток проходит через сердечник, но токи высокой частоты создают магнитное поле в ферромагнитном материале сердечника. Это магнитное поле увеличивает сопротивление и эффективно блокирует токи шума. Ферриты эффективны на проводах ввода мощности радиосигналов и проводах ввода мощности стробоскопа. В первом случае они предотвращают попадание шумовых токов в радиоприемник, а во втором — препятствуют выходу шумовых токов из строба.

Чтобы быть эффективным, полное сопротивление феррита должно быть больше, чем полное сопротивление цепи.Для фильтрации выходного сигнала генератора потребовался бы непрактично огромный ферритовый сердечник. Таким образом, пульсации напряжения генератора обычно передаются на землю с помощью конденсатора. Однако ферриты просты в использовании и обладают удивительной фильтрационной способностью.

Ферриты лучше всего использовать в цепях с низким импедансом, тогда как конденсаторы лучше всего использовать в цепях с высоким импедансом. Лучше всего установить ферриты на подводящих проводах радиооборудования и использовать конденсаторный фильтр на выходной клемме генератора.

Последовательные конденсаторы и последовательные конденсаторные цепи

Для последовательно соединенных конденсаторов зарядный ток (i _C ), протекающий через конденсаторы, равен ТО ЖЕ для всех конденсаторов, поскольку он имеет только один путь.

Тогда все конденсаторов серии имеют одинаковый ток, протекающий через них, как i _T = i ₁ = i ₂ = i ₃ и т. Д. Следовательно, каждый конденсатор будет хранить одинаковое количество электрического заряда, Q на его пластинах независимо от его емкости. Это связано с тем, что заряд, накопленный пластиной любого конденсатора, должен исходить от пластины соседнего с ним конденсатора. Следовательно, конденсаторы, соединенные последовательно, должны иметь одинаковый заряд.

Q _T = Q ₁ = Q ₂ = Q ₃ … .etc

Рассмотрим следующую схему, в которой три конденсатора, C ₁ , C ₂ и C ₃ , все соединены вместе в последовательную ветвь через напряжение питания между точками A и B.

Конденсаторы в последовательном соединении

В предыдущей параллельной схеме мы видели, что общая емкость C _T схемы была равна сумме всех отдельных конденсаторов, сложенных вместе.Однако в последовательно соединенной цепи полная или эквивалентная емкость C _T рассчитывается по-другому.

В последовательной цепи над правой пластиной первого конденсатора C ₁ подключен к левой пластине второго конденсатора, C ₂ , правая пластина которого подключена к левой пластине третьего конденсатора. , С ₃ . Тогда это последовательное соединение означает, что в цепи постоянного тока конденсатор C ₂ эффективно изолирован от цепи.

Результатом этого является то, что эффективная площадь пластины уменьшилась до наименьшей отдельной емкости, включенной в последовательную цепь. Следовательно, падение напряжения на каждом конденсаторе будет различным в зависимости от значений отдельной емкости.

Затем, применив закон Кирхгофа (KVL) к указанной выше схеме, мы получим:

Поскольку Q = C * V и преобразование для V = Q / C, замена Q / C для каждого напряжения конденсатора V _C в приведенном выше уравнении KVL даст нам:

деление каждого члена на Q дает

Конденсаторы серии

Equation

При сложении конденсаторов в серии , обратная величина (1 / C) отдельных конденсаторов складывается вместе (точно так же, как резисторы, включенные параллельно), а не сами емкости.Тогда общее значение для конденсаторов, подключенных последовательно, равно обратной сумме обратных величин отдельных емкостей.

Конденсаторы в серии Пример №1

Взяв значения трех конденсаторов из приведенного выше примера, мы можем вычислить общую емкость C _T для трех последовательно соединенных конденсаторов как:

Один важный момент, который следует помнить о конденсаторах, которые соединены вместе в последовательной конфигурации, заключается в том, что общая емкость цепи (C _T ) любого количества конденсаторов, соединенных последовательно, всегда будет на МЕНЬШЕ, чем на , чем значение наименьшего конденсатор в последовательном и в нашем примере выше C _T = 0.055 мкФ при номинале самого маленького конденсатора в последовательной цепи составляет всего 0,1 мкФ.

Этот обратный метод расчета можно использовать для расчета любого количества отдельных конденсаторов, соединенных вместе в одну последовательную сеть. Если же последовательно соединены только два конденсатора, можно использовать более простую и быструю формулу:

Если два последовательно соединенных конденсатора равны и имеют одинаковое значение, то есть: C ₁ = C ₂ , мы можем упростить приведенное выше уравнение следующим образом, чтобы найти общую емкость последовательной комбинации.

Тогда мы можем видеть, что если и только если два последовательно соединенных конденсатора одинаковы и равны, то общая емкость C _T будет точно равна половине значения емкости, то есть: C / 2.

Для последовательно соединенных резисторов сумма всех падений напряжения на последовательной цепи будет равна приложенному напряжению V _S (Закон Кирхгофа о напряжении), и это также верно для конденсаторов, включенных последовательно.

При последовательном соединении конденсаторов емкостное реактивное сопротивление конденсатора действует как импеданс из-за частоты источника питания.Это емкостное реактивное сопротивление вызывает падение напряжения на каждом конденсаторе, поэтому последовательно соединенные конденсаторы действуют как сеть емкостного делителя напряжения.

В результате формула делителя напряжения, применяемая к резисторам, также может быть использована для нахождения отдельных напряжений для двух последовательно соединенных конденсаторов. Тогда:

Где: C _X — емкость рассматриваемого конденсатора, V _S — напряжение питания в последовательной цепи, а V _CX — падение напряжения на целевом конденсаторе.

Конденсаторы в серии Пример №2

Найдите общую емкость и отдельные среднеквадратичные падения напряжения на следующих наборах из двух последовательно соединенных конденсаторов при подключении к источнику переменного тока 12 В.

• а) два конденсатора емкостью 47 нФ
• б) один конденсатор 470 нФ, подключенный последовательно к конденсатору 1 мкФ

a) Общая равная емкость,

Падение напряжения на двух идентичных конденсаторах 47 нФ,

б) Общая неравная емкость,

Падение напряжения на двух неидентичных конденсаторах: C ₁ = 470 нФ и C ₂ = 1 мкФ.

Поскольку закон Кирхгофа по напряжению применяется к этой и каждой последовательно соединенной цепи, общая сумма отдельных падений напряжения будет равна по величине напряжению питания, В _S . Тогда 8,16 + 3,84 = 12В.

Также обратите внимание, что если номиналы конденсаторов одинаковы, 47 нФ в нашем первом примере, напряжение питания будет разделено поровну на каждый конденсатор, как показано. Это связано с тем, что каждый конденсатор в последовательной цепи имеет равный и точный заряд (Q = C x V = 0.564 мкКл) и, следовательно, имеет половину (или процентную долю для более чем двух конденсаторов) приложенного напряжения, V _S .

Однако, когда значения последовательного конденсатора различны, конденсатор большей емкости будет заряжаться до более низкого напряжения, а конденсатор меньшей емкости — до более высокого напряжения, и в нашем втором примере выше было показано, что это значение составляет 3,84 и 8,16 вольт соответственно. Эта разница в напряжении позволяет конденсаторам сохранять одинаковое количество заряда Q на пластинах каждого конденсатора, как показано.

Обратите внимание, что отношения падений напряжения на двух последовательно соединенных конденсаторах всегда будут одинаковыми, независимо от частоты питания, поскольку их реактивное сопротивление, X _C останется пропорционально неизменным.

Тогда два падения напряжения 8,16 В и 3,84 В, указанные выше в нашем простом примере, останутся такими же, даже если частота питания увеличится со 100 Гц до 100 кГц.

Хотя падение напряжения на каждом конденсаторе будет разным для разных значений емкости, кулоновский заряд на пластинах будет одинаковым, потому что во всей последовательной цепи существует одинаковое количество тока, так как на все конденсаторы подается одно и то же количество или количество электронов.

Другими словами, если заряд на каждой обкладке конденсатора одинаков, а Q постоянна, то по мере уменьшения емкости падение напряжения на обкладках конденсатора увеличивается, потому что заряд велик по сравнению с емкостью. Точно так же большая емкость приведет к меньшему падению напряжения на пластинах, поскольку заряд мал по сравнению с емкостью.

Конденсаторы в серии Сводка

В итоге, общая или эквивалентная емкость C _T цепи, содержащей конденсаторов серии , является обратной величиной суммы обратных величин всех индивидуальных емкостей, сложенных вместе.

Также для конденсаторов, соединенных последовательно , все последовательно соединенные конденсаторы будут иметь одинаковый зарядный ток, протекающий через них, как i _T = i ₁ = i ₂ = i ₃ и т. Д. Два или более конденсатора последовательно соединенные пластины всегда будут иметь равные количества кулоновского заряда на пластинах.

Поскольку заряд (Q) равен и постоянен, падение напряжения на конденсаторе определяется номиналом конденсатора только как V = Q ÷ C.Небольшое значение емкости приведет к большему напряжению, тогда как большое значение емкости приведет к меньшему падению напряжения.

Цепь резистора-конденсатора

— PAL3_Electronics — ~ Confluence ~ Institute ~ for ~ Creative ~ Technologies

Эта схема состоит из конденсатора и резистора, включенных последовательно с источником постоянного напряжения, таким как батарея, и переключателем:

Когда переключатель находится в верхнем положении, он соединяет батарею с резистором и конденсатором в последовательной петле.Когда переключатель находится в нижнем положении, он соединяет конденсатор и резистор в последовательную петлю.

Схема демонстрирует, как работает постоянная времени RC. Когда конденсатор заряжается, он должен достичь 63,7% от своего конечного значения за время R * C. Когда он разряжается, он должен достичь 63,7% от своего окончательного значения за время R * C. Эти точки отмечены красным на графике ниже:

Теперь эта конкретная схема имеет напряжение батареи 5, поэтому конденсатор будет на 5 В, если он полностью заряжен (т.е.е., около 50 мс на графике). Схема имеет резистор 3300 Ом и конденсатор 0,003 мФ, поэтому ее постоянная RC составляет 3300 * 0,003 = 9,9 мс. Таким образом, время RC, когда конденсатор заряжается, составляет около 10 мс, а время RC, когда он разряжается, составляет около 60 мс.

Единицы измерения имеют значение. Когда сопротивление и емкость измеряются в омах и фарадах, постоянная времени выражается в секундах. Таким образом, одним из способов решения проблем RC является преобразование всех значений резисторов и конденсаторов в Ом и Фарады.-3), постоянная RC составляет

• в пикосекундах, когда емкость конденсатора находится в пФ (пикофарадах),

• в микросекундах, когда емкость конденсатора находится в мкФ (микрофарадах),

• в миллисекундах, если емкость конденсатора выражена в мФ (миллифарадах).

В приведенном выше примере, поскольку емкость конденсатора выражена в мФ, постоянная RC (9,9) находится в мс. Это работает только в том случае, если сопротивление резистора выражено в омах, а не в Коммах (10 ^ 3) или МОмах (10 ^ 6).

И идеальная батарея, и идеальный конденсатор не имеют сопротивления, поэтому единственное сопротивление в этой цепи исходит от резистора. Конденсатор действует как батарея в том смысле, что на нем падает напряжение, но, в отличие от батареи, это падение напряжения меняется. Когда конденсатор разряжен, на нем нет напряжения. Когда конденсатор в этой цепи полностью заряжен, на нем такое же падение напряжения, как и на аккумуляторе, но полярность меняется на обратную. То есть, если полярность батареи требует, чтобы ток циркулировал против часовой стрелки, как в схеме выше, то полярность конденсатора требует, чтобы ток циркулировал по часовой стрелке.Чистый эффект состоит в том, что ток не циркулирует. Трудно вспомнить, в какую сторону идут полярности, поэтому просто имейте в виду, что полярность конденсатора противоположна току, который использовался для его зарядки.

Когда конденсатор разряжается и переключатель поднимается, напряжение на резисторе равно напряжению батареи (поскольку на конденсаторе еще нет падения напряжения и нет сопротивления). Таким образом, начальный ток определяется законом Ома как V / R, где V — напряжение батареи, а R — сопротивление резистора.Этот ток начинает заряжать конденсатор. На каждый ампер тока напряжение на конденсаторе увеличивается на 1 / C вольт, где C — емкость конденсатора. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, оно противодействует напряжению батареи, поэтому падение напряжения на резисторе становится все меньше и меньше. Следовательно, ток становится все меньше и меньше, и заряд конденсатора замедляется.

Когда конденсатор полностью заряжен и переключатель выходит из строя, тогда напряжение на резисторе равно напряжению полностью заряженного конденсатора.Закон Ома определяет ток через резистор. По мере того, как ток покидает конденсатор, напряжение уменьшается на 1 / C вольта на каждый выходящий ампер тока. По мере того, как напряжение на конденсаторе уменьшается, падает и напряжение на резисторе, и, следовательно, уменьшается ток через резистор. Таким образом замедляется разрядка конденсатора.