Измерив сопротивление катушки включенной в сеть переменного тока: Измерив сопротивление катушки,включенной в сеть переменного тока,определили,что оно равно 110 Ом.Сопротивление такой же катушки,но из провода с вдвое большим удельным сопротивлением,включенным в ту же…

Сопротивление — катушка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Сопротивление — катушка

Cтраница 4

Сопротивление мангаяино-вых катушек берут обычно от 100 до 200 of i, причем важно, чтобы проволока была намотана довольно свободно, без натяжения, так как возникающие в проволоке напряжения сказываются на постоянстве показаний манометра. На постоянстве шкалы также благоприятно сказывается упрочнение проволоки предварительной обработкой давлением, превышающим на 25 % рабочее. Большое значение имеет и предохранение катушки от корродирующего действия среды.
 [46]

Сопротивления катушек пускателей ПМЕ-200 могут отличаться от прлве-10 — нратпого тока, потребляемого катушкой при притянутом состоянии якоря.
 [47]

Сопротивлением катушки, шин, перемычки и подводящих проводов пренебречь.
 [48]

Если сопротивление катушки равно нулю, то и напряженность электрического поля внутри проводника в любой момент времени должна равняться нулю. Иначе сила тока согласно закону Ома была бы бесконечно большой.
 [49]

Измерив сопротивление катушки, включенной в сеть переменного тока, определили, что оно равно JZj 110 Ом.
 [50]

Если сопротивление катушек каждой последующей декады в 10 раз меньше сопротивления катушек предыдущей, то при трех замещающих декадах можно установить компенсационное сопротивление цепи в-г и напряжение на ней с точностью до трех знаков.
 [51]

Если сопротивление катушек в каждой последующей декаде в 10 раз меньше сопротивления катушек в предыдущей, то три замещающие декады дают возможность установить компенсационное сопротивление цепи ее, а следовательно, и напряжение на ней с точностью до трех знаков.
 [53]

Если сопротивление катушки относительно велико, то верхний зажим вольтметра включают перед амперметром по тем же соображениям, что и при измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра.
 [55]

Активнее сопротивление катушки составляет 5 ом, а ее полное сопротивление Z-30 ом.
 [56]

Если сопротивление катушки велико, то для уменьшения погрешности верхний вывод вольтметра включается перед амперметром.
 [58]

Измерение сопротивления катушки или катушечной группы производится на мосте Уитстона. Процесс измерения показан на рис. 70; он заключается в следующем. Присоединяют выводные провода катушки / к зажимам 2 моста, затем поворотом рукояток переключателей сопротивлений 3 подбирают сопротивление, близкое к расчетному сопротивлению катушки. После этого нажимают одну из кнопок 6 с надписью грубо и стрелка прибора отклоняется вправо или влево от среднего положения. На циферблате 5 имеются цифры с нулем посередине шкалы. Если стрелка отклоняется вправо от среднего положения, то надо увеличить сопротивление и наоборот.
 [60]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Какое соединение сопротивлений называют последовательным — MOREREMONTA

1. Собрать поочередно электрические схемы в соответствии с рис. 2.4; 2.6; 2.7 и произвести измерения величин токов и напряжений. В качестве приемников энергии использовать проволочные реостаты, одни и те же для всех трех схем, не изменяя их сопротивлений, при этом ползунки реостатов установить в положения, соответствующие максимальным значениям их сопротивлений.

2. Согласно измеренным величинам токов и напряжений, вычислить сопротивления каждого реостата и эквивалентное сопротивление каждой цепи относительно зажимов источников энергии. Полученные результаты свести в табл. 2.1.

3. Вычислить, исходя из величин r_1, r₂, r₃ эквивалентное сопротивление r_экв каждой из цепей. Сравнить полученные результаты с опытами.

4. Вычислить аналитическую силу токов в приемниках для всех трех схем, считая известными сопротивления приемников и напряжение источника питания. Полученные токи сравнить с измеренными.

5. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1. Какое соединение резисторов называется последовательным?

2. Чему равно эквивалентное сопротивление цепи с последовательно включенными резисторами?

3. При каких условиях применяется последовательное включение резисторов (приемников)?

4. Какое соединение резисторов называется параллельным?

5. Как определить для параллельного соединения эквивалентное сопротивление и эквивалентную проводимость?

6. При каких условиях можно включать параллельно приемники электрической энергии?

7. Почему схема параллельного включения приемников является основной?

8. Какое соединение резисторов называется смешанным?

9. Как определить для смешанного соединения эквивалентное сопротивление?

Работа 3. Цепь переменного синусоидального тока с последовательным соединением катушки и конденсатора. Резонанс напряжений.

Цель работы: изучить явления, происходящие в неразветвленных цепях переменного синусоидального тока при изменении соотношений величин индуктивности и емкости; ознакомиться с явлением резонанса напряжений.

Пояснения к работе

Рассмотрим процессы в цепи с последовательным соединением катушки и конденсатора (рис. 3.1).

Рис.3.1. Схема цепи с последовательным соединением

катушки и конденсатора

Реальная катушка обладает индуктивным сопротивлением x_L=wL и активным сопротивлением r = r , где w – угловая частота переменного тока, L – индуктивность катушки, r – удельное электрическое сопротивление провода катушки, l – длина провода, S – площадь поперечного сечения провода. При прохождении тока через катушку, электрическая энергия расходуется на нагревание провода катушки. Скорость преобразования электрической энергии в тепловую учитывается с помощью величины, называемой активной мощностью P = rI 2 . Измерив ток и активную мощность катушки, можно вычислить активное сопротивление катушки . Его можно определить также, пропуская через катушку постоянный ток. В цепи постоянного тока катушка обладает только активным сопротивлением, так как угловая частота w=2p¦=0 и x_L = wL=0. Поэтому , где U – постоянное напряжение, приложенное к катушке, а I – сила постоянного тока, протекающего через катушку.

Эквивалентная схема замещения катушки может быть представлена в виде последовательного соединения резистивного и индуктивного идеальных элементов (рис. 3.2).

Рис.3.2. Эквивалентная схема замещения катушки

Напряжение на катушке U_к можно разложить на две составляющие – активную U_ак и индуктивную U_L Векторная диаграмма напряжений и тока для катушки приведена на рис. 3.3.

Напряжение U_к можно измерить на выводах катушки с помощью вольтметра, ток I – с помощью амперметра. Угол сдвига фаз между током и напряжением катушки j_к можно определить из формулы P_к = U_к I cosj_к , если измерить с помощью ваттметра активную мощность катушки P_к. Составляющие напряжения U_к, U_L и U_ак можно вычислить из треугольника напряжений ОАВ (рис.3.3): U_ак=U_кcosj_к или определить графически, опустив перпендикуляр из конца вектора U_к (точка А на рис. 3.3) на линию вектора I.

Рис.3.3. Векторная диаграмма напряжения и тока для катушки

Конденсатор в цепи переменного тока обладает емкостным сопротивлением , где C – емкость конденсатора. Следует указать, что в конденсаторе также имеются активные потери энергии в диэлектрике. Однако величина этих потерь настолько мала, что ими можно пренебречь. На схеме замещения конденсатор можно представит в виде идеального емкостного элемента с параметром С, равным емкости конденсатора.

Последовательное соединение катушки и конденсатора изображено в виде схемы замещения на рис. 3.4.

Рис.3.4. Схема замещения цепи с последовательным

соединением катушки и коденсатора

При подключении такой цепи под напряжение U в ней возникает ток I.

Вектор активной составляющей напряжений на катушке будет совпадать по направлению с вектором тока İ (рис.3.5), так как соответствующие синусоиды мгновенных значений совпадают по фазе:

i = I_msinwt и U = i r =I_m r sinwt. (3.1)

Вектор индуктивного напряжения =İх_L опережает по фазе вектор тока İ на (рис. 3.6), так как синусоида напряжения U_L на индуктивности опережает по фазе синусоиду тока i на .

U_L = L = I_mwt sin(wt + 90˚). (3.2)

Вектор емкостного напряжения =İх_C отстает по фазе от вектора тока İ на (рис. 3.7), так как синусоида напряжения на емкости при нулевых начальных условиях отстает от синусоиды тока i на .

. (3.3)

Рис.3.5. Векторная диаграмма напряжения и тока

при активной нагрузке цепи.

Рис. 3.6. Векторная диаграмма напряжения и тока

при индуктивной нагрузке цепи

Рис. 3.7. Векторная диаграмма напряжения и тока

при емкостной нагрузке цепи

Для рассматриваемой цепи уравнений по второму закону Кирхгофа имеет следующий вид:

, (3.4)

где

Согласно уравнению (3.4) и рис.3.5 – 3.7, векторная диаграмма напряжений цепи (рис.3.4) будет иметь вид, показанный на рис. 3.8, где вектор совпадает по фазе с вектором İ, а вектор опережает по фазе на 90˚ вектор тока İ. Сумма векторов и дает вектор напряжения катушки:

,

Опережающий по фазе ток на угол j_к.

Вектор отстает по фазе на 90˚ от вектора тока İ. Сумма векторов _{, ,} дает вектор напряжения сети , опережающий ток по фазе на угол j.

Разделив и умножив стороны треугольника (рис.3.8) на величину тока İ, получим подобные треугольники сопротивлений и мощностей (рис.3.9, 3.10).

Из треугольника сопротивлений (см. рис.3.9) найдем полное сопротивление Z и cosj цепи

Z= . (3.5)

cosj = . (3.6)

Рис. 3.8. Векторная диаграмма тока и напряжений

для цепи с последовательным соединением

Рис. 3.9. Треугольник сопротивлений для цепи с последовательным

соединением элементов r, L, C.

Из векторной диаграммы напряжений (см.рис.3.8) получим формулу тока I, которая является выражением закон Ома для последовательной цепи переменного тока:

. (3.7)

Из диаграммы мощностей (рис.3.10) получим соотношение между полной S, активной P и реактивными Q_L и Q_c мощностями

. (3.8)

Рис. 3.10. Треугольник мощностей для цепи с последовательным

соединением элементов r, L, C.

Изменяя величину емкости в цепи, можно изменять соотношение между емкостными и индуктивными сопротивлениями и напряжениями:

и U_L=I ω L

и получать различные значения угла сдвига φ между вектором тока İ и вектора напряжения сети согласно уравнению (3.6). Если величина L> имеем: ωL> и U_L>U_C, т.е. в цепи преобладает индуктивное сопротивление x_L и напряжение , поэтому вектор тока İ отстает по фазе от вектора напряжение сети на угол φ (см.рис. 3.8).

Последовательное соединение резисторов

Последовательное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.

Общее сопротивление R

_общ

При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.

Напряжение при последовательном соединении

Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:

Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает.

Параллельное соединение резисторов

Параллельное соединение – это соединение, при котором резисторы соединяются между собой обоими контактами. В результате к одной точке (электрическому узлу) может быть присоединено несколько резисторов.

Общее сопротивление R

_общ

При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается.

Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора.

Формула общей проводимости при параллельном соединении резисторов:

Формула эквивалентного общего сопротивления при параллельном соединении резисторов:

Для двух одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно половине одного отдельного резистора:

Соответственно, для n одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно значению одного резистора, разделенного на n.

Напряжение при параллельном соединении

Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Поэтому при параллельном соединении на все резисторы упадет одинаковое напряжение.

Электрический ток при параллельном соединении

Через каждый резистор течет ток, сила которого обратно пропорциональна сопротивлению резистора. Для того чтобы узнать какой ток течет через определенный резистор, можно воспользоваться законом Ома:

Смешанное соединение резисторов

Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно. В свою очередь, смешанное соединение бывает последовательного и параллельного типов.

Общее сопротивление R

_общ

Для того чтобы посчитать общее сопротивление смешанного соединения:

• Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением.
• Вычисляют общее сопротивление для каждого отдельного участка.
• Вычисляют общее сопротивление для всей цепи смешанного соединения.

Так это будет выглядеть для схемы 1:

Также существует более быстрый способ расчета общего сопротивления для смешанного соединения. Можно, в соответствии схеме, сразу записывать формулу следующим образом:

• Если резисторы соединяются последоватеьно — складывать.
• Если резисторы соединяются параллельно — использовать условное обозначение «||».
• Подставлять формулу для параллельного соединения где стоит символ «||».

Так это будет выглядеть для схемы 1:

После подстановки формулы параллельного соединения вместо «||»:

Ответ

1) При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При последовательном соединении напряжение в цепи равно сумме напряжений на каждом участке:

2) например, гирлянда на елку
3) при последовательном соединении проводников общее сопротивление на участке цепи находится суммой всех сопротивлений на всех участках цепи.

4) При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами.
Сила тока при параллельном соединении проводников равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках:

5) При параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению:
= +

Максимально допустимая сила тока в медном кабеле: таблица мощности и сечений

Ссылки по теме

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
  / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
• Библия электрика
  / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
• Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
  / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
• Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
  / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
  / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
• Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36
• Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
  / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05

Расчет размера сечения по нагрузке

Простейший способ подбора кабеля с нужным размером — расчет сечения провода по суммарной мощности всех подключаемых к линии агрегатов.

Алгоритм расчетных действий следующий:

• для начала определимся с агрегатами, которые предположительно могут использоваться нами одновременно. Например, в период работы бойлера нам вдруг захочется включить кофемолку, фен и стиралку;
• затем согласно данным техпаспортов или согласно приблизительным сведениям из приведенной ниже таблицы банально суммируем мощность одновременно работающих по нашим планам бытовых агрегатов;
• предположим, что в сумме у нас вышло 9,2 кВт, но конкретно этого значения в таблицах ПУЭ нет. Значит, придется округлить в безопасную большую сторону – т.е. взять ближайшее значение с некоторым превышением мощности. Это будет 10,1 кВт и соответствующее ему значение сечения 6 мм².

Все округления «направляем» в сторону увеличения. В принципе суммировать можно и силу тока, указанную в техпаспортах. Расчеты и округления по току производятся аналогичным образом.

9.Сопротивление и проводимость.

Сопротивление зависит от геометрии и от вещества, из которого сделан проводник.

Для цилиндрического проводника одинакового поперечного сечения оно вычисляется особенно просто.

Измерив сопротивление, можно вычислить ёмкость и наоборот.

Данное устройство иногда называется конденсатором с утечкой.

По физическому смыслу, удельное сопротивление – это сопротивление куба вещества с ребром 1 м, если подводящие провода подключены к центрам противоположных граней.

Приведем таблицу удельных сопротивлений

Ссылки по теме

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
  / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
• Библия электрика
  / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
• Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
  / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
• Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
  / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
  / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
• Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36
• Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
  / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05

Медные жилы проводов и кабелей

Не только новичкам, но и бывалым электрикам сложно разобраться в многообразии кабельной продукции: марки, разновидности, материалы, функциональность. Даже поверхностное знакомство с особенностями прокладки электросетей заставляет хвататься за голову. Чтобы избежать неприятностей при дальнейшей эксплуатации электроприборов, следует внимательно изучить теоретическую часть. Все непонятные моменты нужно выяснить, а лучше обратиться к профессионалу.

Первым вопросом, на который приходится отвечать домашнему мастеру, является материал жилы. Требования ПУЭ однозначны: для внутренней проводки разрешено применять только медь. Она не так окисляется, обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Второй вопрос: количество жил. Кабели и провода бывают одно и многожильными. Одножильный провод медный в середине содержит всего одну проволоку. Он более жесткий, менее гибкий. Особенно сильно эти недостатки ощущаются на больших сечениях проводника. При этом теоретически его вполне можно проложить под штукатуркой, слой которой станет надежной защитой от повреждений.

Многожильные провода состоят из нескольких проволок. Наиболее часто в домашних условиях используют трехжильный медный провод. Он более пластичный, мягкий, прекрасно справляется с перегибами и поворотами

Важно понимать, что многопроволочный кабель и многожильный – это не одно и то же

Другой частой ошибкой, которую совершают новички, является путаница в понятиях сечение и диаметр кабеля. Диаметр всегда можно уточнить, померив его штангенциркулем. Затем его используют для расчета поперечной площади. Результат всегда округляют в большую сторону. Он должен совпадать с маркировкой. Однако фактический результат обычно меньше заявленного. Если расхождение минимально, то это допустимо. Большое отклонение говорит о браке, от применения такой продукции лучше отказаться.

Подбор диаметра проволоки предохранителя

Предохранитель (или плавкая вставка) предназначен для защиты приборов от короткого замыкания или перегрузки путем отключения подачи энергии. Если превышена допустимая величина, плавкий элемент расплавляется и разрывает сеть. Считается, что предохранитель нельзя ремонтировать. Однако в некоторых ситуациях можно воспользоваться быстрым и простым способом возвращения ему работоспособности. Он заключается в восстановлении целостности сети за счет присоединения медной проволоки. Чтобы такое мероприятие не привело к непоправимым последствиям, нужно правильно ее подобрать.

Диаметр медного провода для предохранителя зависит от максимально допустимого значения, который он должен пропустить. Его проще всего подобрать с помощью таблицы, в которой указаны диаметры проволоки в зависимости от ее материала и токовой нагрузки. Если под рукой нет таблиц, а также при отсутствии необходимых данных, можно провести несложные вычисления:

• при небольших нагрузках, когда используется проволока диаметром 0,02-0,2 мм: d=I_ПЛ*k+0,005;
• при больших значениях для проволоки диаметром больше 0,2 мм: d=((I_ПЛ)2/m2)1/3.

В формуле I_ПЛ – значение тока, которое показывает, сколько выдерживает плавкая ставка, А; k и m – коэффициенты, определяемые в зависимости от материала проводника.

Закон Ома

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

j→=σE→{\displaystyle {\vec {j}}=\sigma {\vec {E}}}

где σ {\displaystyle \sigma \ } — удельная проводимость среды, E→{\displaystyle {\vec {E}}} — напряжённость электрического поля.{2},}

где σ{\displaystyle \sigma } и ρ{\displaystyle \rho } — скаляры, а для анизотропной:

w=E→σE→=j→ρj→,{\displaystyle w={\vec {E}}\sigma {\vec {E}}={\vec {j}}\rho {\vec {j}},}

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор σ{\displaystyle \sigma } и тензор ρ{\displaystyle \rho } порождают соответствующие квадратичные формы.

Плотность электрического тока

Под действием электрического поля начинается упорядоченное перемещение зарядов, известное всем, как электрический ток. Обычно для движения зарядов используется какая-либо среда, которая называется проводником и является носителем тока.

Плотность тока совместно с другими факторами характеризует движение зарядов. Формула плотности тока дает описание электрического заряда, переносимого в течение 1 секунды через определенное сечение проводника, направленного перпендикулярно этому току.

Таким образом, с физической точки зрения плотность тока — это заряды, в определенном количестве протекающие через установленную единицу площади в период единицы времени. Данный параметр является векторной величиной и представляется в виде соотношения силы тока и площади поперечного сечения проводника, по которому и протекает этот ток. Модульное значение плотности тока будет равно: j = I/S. В этой формуле j является модулем вектора, I — силой тока, S — площадью поперечного сечения.

Векторы плотности тока и скорости движения токообразующих зарядов имеют одинаковое направление, если заряды обладают положительным значением и противоположное — когда они отрицательные.

В чем измеряется плотность тока? В качестве единицы измерения используется А/мм2. Данная величина применяется на практике, в основном, для принятия решения о выборе того или иного проводника в соответствии с его способностями выдерживать те или иные нагрузки. плотность играет важную роль, поскольку каждый проводник обладает сопротивлением. В результате потерь тока происходит нагрев проводника. Чрезмерные потери приводят к критическому нагреванию, вплоть до расплавления жил.

Для предотвращения подобных ситуаций, каждый потребитель рассчитывается на определенную плотность, по которой проводника. Во время проектирования, помимо расчетных формул, используются уже готовые таблицы, содержащие все необходимые исходные данные, на основе которых можно получить конечный результат.

Следует помнить, что у разных проводников неодинаковая плотность электрического тока. В современных условиях практикуется использование преимущественно медных проводов, где это значение не превышает 6-10 А/мм2. Это приобретает особую актуальность в условиях длительной эксплуатации, когда проводка должна работать в облегченном режиме. Повышенные нагрузки допускаются, но лишь на короткий период времени.

Ссылки по теме

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
  / Нормативный документ от 9 февраля 2007 г. в 02:14
• Библия электрика
  / Нормативный документ от 14 января 2014 г. в 12:32
• Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. Том 10 
  / Нормативный документ от 2 марта 2009 г. в 18:12
• Кабышев А.В., Тарасов Е.В. Низковольтные автоматические выключатели
  / Нормативный документ от 1 октября 2019 г. в 09:22
• Правила устройства воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ с самонесущими изолированными проводами
  / Нормативный документ от 30 апреля 2008 г. в 15:00
• Маньков В.Д. Заграничный С.Ф. Защитное заземление и зануление электроустановок
  / Нормативный документ от 27 марта 2020 г. в 09:05
• Князевский Б.А. Трунковский Л.Е. Монтаж и эксплуатация промышленных электроустановок
  / Нормативный документ от 17 октября 2019 г. в 12:36

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

• Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
• Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Конденсатор в цепи переменного тока

Рассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения.

Как и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока (рис. 6), кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.

Рис. 6

Установим связь между амплитудой колебаний напряжения на обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока. При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по гармоническому закону

\(~u = U_m \cdot \cos \omega t\) ,

заряд на его обкладках изменяется по закону:

\(~q = C \cdot u = U_m \cdot C \cdot \cos \omega t\) .

Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда конденсатора: i = q’. Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону:

\(~i = -U_m \cdot \omega \cdot C \cdot \sin \omega t = U_m \cdot \omega \cdot C \cdot \cos (\omega t + \frac{\pi}{2})\) .

Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2 или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на π/2 (рис. 7). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д.

Рис. 7

Произведение \(U_m \cdot \omega \cdot C\) является амплитудой колебаний силы тока:

\(~I_m = U_m \cdot \omega \cdot C\) .

Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается Х_C):

\(~X_C = \frac{U_m}{I_m} = \frac{1}{\omega \cdot C}\) .

Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора:

\(~I_m = \frac{U_m}{X_C}\) .

Емкостное сопротивление конденсатора, как и индуктивное сопротивление катушки, не является постоянной величиной. Оно обратно пропорционально частоте переменного тока. Поэтому амплитуда колебаний силы тока в цепи конденсатора при постоянной амплитуде колебаний напряжения на конденсаторе возрастает прямо пропорционально частоте.

Какой кабель лучше купить?

Следуя жестким рекомендациям ПУЭ, покупать для обустройства личной собственности будем кабельную продукцию с «литерными группами» NYM и ВВГ в маркировке. Именно они не вызывают нареканий и придирок со стороны электриков и пожарников. Вариант NYM – аналог отечественных изделий ВВГ.

Лучше всего, если отечественный кабель будет сопровождать индекс НГ, это означает, что проводка будет пожароустойчивой. Если предполагается прокладывать линию за перегородкой, между лагами или над подвесным потолком, купите изделия с низким дымовыделением. У них будет индекс LS.

Вот таким нехитрым способом рассчитывается сечение токопроводящей жилы кабеля. Сведения о принципах вычислений помогут рационально подобрать данный важный элемент электросети. Необходимый и достаточный размер токоведущей сердцевины обеспечит питанием домашнюю технику и не станет причиной возгорания проводки.

Использование плотности тока на практике

Очень часто возникает вопрос о возможности использования конкретного провода для тех или иных целей. То есть, способен ли он выдержать определенную нагрузку

В этих случаях, очень важно определить плотность электротока с допустимой величиной

Данный показатель очень важен, поскольку в каждом проводнике возникает сопротивление току, протекающему через него. Происходят потери тока, из-за чего проводник начинает нагреваться. При слишком больших потерях, наступает критическое нагревание, вызывающее расплавление проводника. Чтобы исключить подобные ситуации, каждому прибору или потребителю устанавливается наиболее оптимальная плотность тока, формула которой позволит рассчитать .

Когда возникает необходимость выбрать нужное сечение провода или кабеля, необходимо учитывать допустимое значение плотности электротока. Для практических расчетов во время проектирования используются специальные таблицы и формулы, позволяющие получить желаемый результат.

Для разных существуют различные значения плотности. В настоящее время используются только медные провода, в которых плотность электротока не должна превышать 6-10 А/мм2. Это особенно актуально для долговременной эксплуатации, когда проводке обеспечивается облегченный режим. Допускается эксплуатация и при повышенных нагрузках, только на очень короткое время.

Электрическим током
называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический ток в проводниках различного рода представляет собой либо направленное движение электронов в металлах (проводники первого рода), имеющих отрицательный заряд, либо направленное движение более крупных частиц вещества — ионов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд — в электролитах (проводники второго рода), либо направленное движение электронов и ионов обоих знаков в ионизированных газах (проводники третьего рода).

За направление электрического
тока условно принято направление движения положительно заряженных частиц.

Для существования электрического тока
в веществе необходимо:

1. наличие заряженных частиц, способных свободно перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля;
2. наличие источника тока, создающего и поддерживающего в проводнике в течение длительного времени электрическое поле.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

Сила тока
— скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда q, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени t, к этому промежутку времени.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным
.

Единица силы тока — основная единица в СИ 1 А — есть сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам очень маленького сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между ними 2·10 -7 Н на каждый метр длины проводников.

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной l (рис. 1). Заряд каждой частицы q 0 . В объеме проводника, ограниченном сечениями 1 и 2, содержится nSl частиц, где n — концентрация частиц. Их общий заряд

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов , то за промежуток времени

все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока:

Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов при максимально допустимых значениях силы тока ~ 10 -4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения ~ 10 6 м/с.

J — это векторная физическая величина, модуль которой определяется отношением силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника, т.е.

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м 2).

Как следует из формулы (1),

направление вектора плотности тока совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

Как рассчитать сечение по току?

Табличные значения не могут учесть индивидуальных особенностей устройства и эксплуатации сети. Специфика у таблиц среднестатистическая. Не приведены в них параметры максимально допустимых для конкретного кабеля токов, а ведь они отличаются у продукции с разными марками. Весьма поверхностно затронут в таблицах тип прокладки. Дотошным мастерам, отвергающим легкий путь поиска по таблицам, лучше воспользоваться способом расчетаразмера сечения провода по току. Точнее по его плотности.

Допустимая и рабочая плотность тока

Начнем с освоения азов: запомним на практике выведенный интервал 6 — 10. Это значения, полученные электриками многолетним «опытным путем». В указанных пределах варьирует сила тока, протекающего по 1 мм² медной жилы. Т.е. кабель с медной сердцевиной сечением 1 мм² без перегрева и оплавления изоляции предоставляет возможность току от 6 до 10 А спокойно достигать ожидающего его агрегата-потребителя. Разберемся, откуда взялась и что означает обозначенная интервальная вилка.

Согласно кодексу электрических законов ПУЭ 40% отводится кабелю на неопасный для его оболочки перегрев, значит:

• 6 А, распределенные на 1 мм² токоведущей сердцевины, являются нормальной рабочей плотностью тока. В данных условиях проводник работать может бесконечно долго без каких-либо ограничений по времени;
• 10 А, распределенные на 1 мм² медной жилы, протекать по проводнику могут краткосрочно. Например, при включении прибора.

Потоку энергии 12 А в медном миллиметровом канале будет изначально «тесно». От тесноты и толкучки электронов увеличится плотность тока. Следом повысится температура медной составляющей, что неизменно отразиться на состоянии изоляционной оболочки.

Обратите внимание, что для кабеля с алюминиевой токоведущей жилой плотность тока отображает интервал 4 – 6 Ампер, приходящийся на 1 мм² проводника. Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А

Следовательно:

Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:

• кабель с жилой сечением 2,5 мм² сможет транспортировать ток в 25 А всего лишь несколько десятых секунды во время включения техники;
• он же бесконечно долго сможет передавать ток в 15А.

Приведенные выше значения плотности тока действительны для открытой проводки. Если кабель прокладывается в стене, в металлической гильзе или в пластиковом кабель канале, указанную величину плотности тока нужно помножить на поправочный коэффициент 0,8. Запомните и еще одну тонкость в организации открытого типа проводки. Из соображений механической прочности кабель с сечением меньше 4 мм² в открытых схемах не используют.

Изучение схемы расчета

Суперсложных вычислений снова не будет, расчет провода по предстоящей нагрузке предельно прост.

• Сначала найдем предельно допустимую нагрузку. Для этого суммируем мощность приборов, которые предполагаем одновременно подключать к линии. Сложим, например, мощность стиральной машины 2000 Вт, фена 1000 Вт и произвольно какого-либо обогревателя 1500 Вт. Получили мы 4500 Вт или 4,5 кВт.
• Затем делим наш результат на стандартную величину напряжения бытовой сети 220 В. Мы получили 20,45…А, округляем до целого числа, как положено, в большую сторону.
• Далее вводим поправочный коэффициент, если в нем есть необходимость. Значение с коэффициентом будет равно 16,8, округленно 17 А, без коэффициента 21 А.
• Вспоминаем о том, что рассчитывали рабочие параметры мощности, а нужно еще учесть предельно допустимое значение. Для этого вычисленную нами силу тока умножаем на 1,4, ведь поправка на тепловое воздействие 40%. Получили: 23,8 А и 29,4 А соответственно.
• Значит, в нашем примере для безопасной работы открытой проводки потребуется кабель с сечением более 3 мм², а для скрытого варианта 2,5 мм².

Не забудем о том, что в силу разнообразных обстоятельств порой включаем одновременно больше агрегатов, чем рассчитывали. Что есть еще лампочки и прочие приборы, незначительно потребляющие энергию

Запасемся некоторым резервом сечения на случай увеличения парка бытовой техники и с расчетами отправимся за важной покупкой

1.3.28

Проверке по экономической плотности тока не
подлежат:

сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1
кВ при числе часов использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000;

ответвления к отдельным электроприемникам напряжением до 1
кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных
зданий;

сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах
открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений;

проводники, идущие к резисторам, пусковым реостатам и т.
п.;

сети временных сооружений, а также устройства со сроком
службы 3-5 лет.

Закон Ома

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

j→=σE→{\displaystyle {\vec {j}}=\sigma {\vec {E}}}

где σ {\displaystyle \sigma \ } — удельная проводимость среды, E→{\displaystyle {\vec {E}}} — напряжённость электрического поля.{2},}

где σ{\displaystyle \sigma } и ρ{\displaystyle \rho } — скаляры, а для анизотропной:

w=E→σE→=j→ρj→,{\displaystyle w={\vec {E}}\sigma {\vec {E}}={\vec {j}}\rho {\vec {j}},}

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор σ{\displaystyle \sigma } и тензор ρ{\displaystyle \rho } порождают соответствующие квадратичные формы.

Оцените статью:

Явление электромагнитной индукции. Формула Фарадея. Токи Фуко.

Электромагнитная
индукция — явление возникновения
электрического тока в замкнутом контуре
при изменении магнитного потока,
проходящего через него.

Формула фарадея:

• —
  электродвижущая сила, действующая
  вдоль произвольно выбранного контура,

Токи Фуко — вихревые
индукционные токи, возникающие в
проводниках при изменении пронизывающего
их магнитного потока.

Токи Фуко возникают
под воздействием переменного
электромагнитного поля и по физической
природе ничем не отличаются от индукционных
токов, возникающих в линейных проводах.
Они вихревые, то есть замкнуты в кольца.
Электрическое сопротивление массивного
проводника мало, поэтому токи Фуко
достигают очень большой силы. В
соответствии с правилом Ленца они
выбирают внутри проводника такое
направление и путь, чтобы противиться
причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся
в сильном магнитном поле хорошие
проводники испытывают сильное торможение,
обусловленное взаимодействием токов
Фуко с магнитным полем.

23. Использование
    ферромагнетиков для хранения информации.

Благодаря свойствам,
аналогичным характеристикам магнетиков
в криостатах (холодильных установках),
ферромагнетики используют магнитное
взаимодействие между составляющими
их атомами, которое ориентирует все их
спины – как основу магнетизма атомов
– в одном направлении. Поэтому
Ферромагнетики хорошо работают в
магнитных накопителях информации.

23. Самоиндукция.

Самоиндукция —
возникновение ЭДС индукции в замкнутом
проводящем контуре при изменении тока,
протекающего по контуру.

При изменении тока
в контуре пропорционально меняется и
магнитный поток через поверхность,
ограниченную этим контуром. Изменение
этого магнитного потока, в силу закона
электромагнитной индукции, приводит к
возбуждению в этом контуре индуктивной
ЭДС.

За счёт явления
самоиндукции в электрической цепи с
источником ЭДС при замыкании цепи ток
устанавливается не мгновенно, а через
какое-то время.

23. Энергия магнитного
    поля.

энергия магнитного
поля, которое связано с контуром:

L –
индуктивность

I-
ток

23. Получение
    переменного тока. Изображение переменного
    тока.

Переменный ток
вырабатывается генераторами. Дли того
чтобы понять принцип устройства
генератора переменного тока, поместим
изогнутый проводник в равномерном
магнитном поле, создаваемом полюсами
магнита (рис. 3-1). К концам проводника
припаяем кольца, к которым приложим
медные пластинки, соединенные с внешней
цепью. При вращении проводника вокруг
оси АВ он будет пересекать линии
магнитного поля, по закону электромагнитной
индукции в нем будет наводиться ЭДС, на
концах проводника появится напряжение,
а в замкнутой цепи потечет переменный
ток.

Синусоидальные
токи и напряжения можно изобразить
графически, записать при помощи уравнений
с тригонометрическими функциями,
представить в виде векторов на декартовой
плоскости или комплексными числами.

30.Конденсатор и
катушка индуктивности в цепи переменного
тока.

Конденсатор,
включенный в цепь переменного тока,
обладает емкостным сопротивлением Xc:

Xc = 1/(wC),

где С — емкость
конденсатора,

w — частота
переменного тока.

Величину емкостного
сопротивления можно рассчитать по
формуле Xc = U/I, предварительно измерив
напряжение на конденсаторе U и силу тока
в цепи I.

При этом колебания
силы тока в цепи опережают по фазе
колебания напряжения на конденсаторе
на p/2. Если сила тока меняется по закону
I = Imsin(wt), то напряжение — U = Umsin(wt — p/2).

В цепи, содержащей
конденсатор, происходит периодический
обмен энергией между генератором и
конденсатором без необратимого
преобразования электромагнитной
энергии, т.е. среднее значение мощности
переменного тока в данном случае равно
нулю Pср. = 0.

Катушка
индуктивности,
включенная в цепь переменного тока
обладает сопротивлением:

XL = wL,

где L — индуктивность
катушки.

Величину индуктивного
сопротивления можно рассчитать по
формуле XL = U/I, предварительно измерив
напряжение на катушке U и силу тока в
цепи I.

Отметим, что
значение XL больше, чем сопротивление
катушки в цепи постоянного тока. Это
связано с тем, что при протекании
переменного тока через катушку
индуктивности благодаря явлению
самоиндукции в последней возникает
индукционное электрическое поле,
противодействующее полю, создаваемому
генератором переменного напряжения.
Это индукционное поле и является причиной
индукционного сопротивления XL.

31. Колебательный
    контур. Мощность в цепи переменного
    тока.

Колебательный
контур — осциллятор, представляющий
собой электрическую цепь, содержащую
соединённые катушку индуктивности и
конденсатор. В такой цепи могут
возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Колебательный
контур — простейшая система, в которой
могут происходить свободные электромагнитные
колебания

Пусть конденсатор
ёмкостью C заряжен до напряжения .
Энергия, запасённая в конденсаторе
составляет

ри соединении
конденсатора с катушкой индуктивности,
в цепи потечёт ток I,
что вызовет в катушке электродвижущую
силу (ЭДС) самоиндукции, направленную
на уменьшение тока в цепи. Ток, вызванный
этой ЭДС (при отсутствии потерь в
индуктивности) в начальный момент будет
равен току разряда конденсатора, то
есть результирующий ток будет равен
нулю. Магнитная энергия катушки в этот
(начальный) момент равна нулю.

Затем результирующий
ток в цепи будет возрастать, а энергия
из конденсатора будет переходить в
катушку до полного разряда конденсатора.
В этот момент электрическая энергия
конденсатора

. Магнитная же энергия, сосредоточенная
в катушке, напротив, максимальна и равна

где L
— индуктивность катушки, I
0— максимальное значение тока.

в цепи возникают
колебания, длительность которых будет
обратно пропорциональна потерям энергии
в контуре.

Мощность в цепи
постоянного тока определяется
произведением напряжения на силу тока:

Физический смысл
этой формулы прост: так как напряжение
U численно равно работе электрического
поля по перемещению единичного заряда,
то произведение U∙I характеризует работу
по перемещению заряда за единицу времени,
протекающего через поперечное сечение
проводника, т.е. является мощностью.
Мощность электрического тока на данном
участке цепи положительна, если энергия
поступает к этому участку из остальной
сети, и отрицательна, если энергия с
этого участка возвращается в сеть.

Inductive Reactance — Реактивное сопротивление индуктора

До сих пор мы изучили поведение катушек индуктивности, подключенных к источникам постоянного тока, и, надеюсь, теперь мы знаем, что, когда напряжение постоянного тока подается на катушку индуктивности, рост тока через нее не мгновенный, а определяется саморегулированием катушек индуктивности. значение наведенной или обратной ЭДС.

Также мы видели, что ток катушек индуктивности продолжает расти, пока не достигнет максимального установившегося состояния после пяти постоянных времени.Максимальный ток, протекающий через индуктивную катушку, ограничен только резистивной частью обмотки катушки в Омах, и, как мы знаем из закона Ома, это определяется отношением напряжения к току, V / R.

Когда переменное или переменное напряжение подается на катушку индуктивности, ток через нее ведет себя совсем не так, как при приложении постоянного напряжения. Эффект синусоидального источника питания вызывает разность фаз между формами волны напряжения и тока. Теперь в цепи переменного тока сопротивление току, протекающему через обмотки катушки, зависит не только от индуктивности катушки, но и от частоты формы волны переменного тока.

Противодействие току, протекающему через катушку в цепи переменного тока, определяется сопротивлением цепи переменного тока, более известным как Импеданс (Z). Но сопротивление всегда связано с цепями постоянного тока, поэтому, чтобы отличить сопротивление постоянному току от сопротивления переменного тока, обычно используется термин Реактивное сопротивление .

Как и сопротивление, значение реактивного сопротивления также измеряется в Ом, но ему присваивается символ X (заглавная буква «X»), чтобы отличить его от чисто резистивного значения.

Поскольку интересующий нас компонент представляет собой катушку индуктивности, реактивное сопротивление катушки индуктивности называется «индуктивным реактивным сопротивлением». Другими словами, электрическое сопротивление индуктора при использовании в цепи переменного тока называется , индуктивным реактивным сопротивлением .

Индуктивное реактивное сопротивление , обозначенное символом X _L , является свойством в цепи переменного тока, которое препятствует изменению тока. В наших уроках о конденсаторах в цепях переменного тока мы видели, что в чисто емкостной цепи ток I _C «УПРАВЛЯЕТ» напряжением на 90 ^o .В чисто индуктивной цепи переменного тока справедливо прямо противоположное, ток I _L «ЗАСТАВЛЯЕТ» приложенное напряжение на 90 ^o , или (π / 2 рад).

Цепь индуктивности переменного тока

В приведенной выше чисто индуктивной схеме катушка индуктивности подключается непосредственно к источнику переменного тока. По мере того, как напряжение питания увеличивается и уменьшается с частотой, самоиндуцированная обратная ЭДС в катушке также увеличивается и уменьшается по отношению к этому изменению.

Мы знаем, что эта самоиндуцированная ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока через катушку и достигает своего максимума, когда напряжение питания переключается с положительного полупериода на отрицательный полупериод или наоборот в точках, 0 ^o и 180 ^o по синусоиде.

Следовательно, минимальная скорость изменения напряжения происходит, когда синусоидальная волна переменного тока пересекает свой максимальный или минимальный пиковый уровень напряжения. В этих положениях цикла через цепь индуктивности протекают максимальные или минимальные токи, как показано ниже.

Схема фазоиндуктора переменного тока

Эти кривые напряжения и тока показывают, что для чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения на 90 ^o .Точно так же мы можем сказать, что напряжение опережает ток на 90 ^o . В любом случае общее выражение состоит в том, что текущая задержка, как показано на векторной диаграмме. Здесь вектор тока и вектор напряжения показаны смещенными на 90 ^o . Ток отстает от напряжения .

Мы также можем записать это утверждение как V _L = 0 ^o и I _L = -90 ^o относительно напряжения, V _L . Если форма волны напряжения классифицируется как синусоида, тогда ток I _L можно классифицировать как отрицательный косинус, и мы можем определить значение тока в любой момент времени как:

Где: ω в радианах в секунду, а t в секундах.

Поскольку в чисто индуктивной цепи ток всегда отстает от напряжения на 90 ^o , мы можем найти фазу тока, зная фазу напряжения, или наоборот. Итак, если мы знаем значение V _L , то I _L должно отставать на 90 ^o . Точно так же, если мы знаем значение I _L , тогда V _L должно, следовательно, опережать значение 90 ^o . Тогда это отношение напряжения к току в индуктивной цепи даст уравнение, которое определяет индуктивное реактивное сопротивление , X _L катушки.

Индуктивное реактивное сопротивление

Мы можем переписать приведенное выше уравнение для индуктивного реактивного сопротивления в более знакомую форму, в которой используется обычная частота источника питания вместо угловой частоты в радианах, ω, и это дается как:

Где: ƒ — частота, L — индуктивность катушки, а 2πƒ = ω.

Из приведенного выше уравнения для индуктивного реактивного сопротивления можно увидеть, что, если бы одна из частот частоты или индуктивности была увеличена, общее значение индуктивного реактивного сопротивления также увеличилось бы.По мере приближения частоты к бесконечности реактивное сопротивление катушек индуктивности также будет увеличиваться до бесконечности, действуя как разомкнутая цепь.

Однако, когда частота приближается к нулю или постоянному току, реактивное сопротивление катушек индуктивности уменьшится до нуля, действуя как короткое замыкание. Это означает, что индуктивное реактивное сопротивление «пропорционально» частоте.

Другими словами, индуктивное реактивное сопротивление увеличивается с увеличением частоты, в результате чего X _L будет небольшим на низких частотах, а X _L будет высоким на высоких частотах, что показано на следующем графике:

Индуктивное сопротивление относительно частоты

Тогда мы можем видеть, что при постоянном токе индуктор имеет нулевое реактивное сопротивление (короткое замыкание), на высоких частотах индуктор имеет бесконечное реактивное сопротивление (разомкнутая цепь).

Пример индуктивного сопротивления №1

Катушка с индуктивностью 150 мГн и нулевым сопротивлением подключена к источнику питания 100 В, 50 Гц. Рассчитайте индуктивное сопротивление катушки и ток, протекающий через нее.

Электропитание переменного тока через последовательную цепь LR

До сих пор мы рассматривали чисто индуктивную катушку, но невозможно получить чистую индуктивность, поскольку все катушки, реле или соленоиды будут иметь определенное количество сопротивления, независимо от того, насколько мало связано с используемыми витками катушки. Тогда мы можем рассматривать нашу простую катушку как сопротивление, соединенное последовательно с индуктивностью.

В цепи переменного тока, которая содержит как индуктивность, L, так и сопротивление, R напряжение, V будет векторной суммой двух составляющих напряжений, V _R и V _L .Это означает, что ток, протекающий через катушку, по-прежнему будет отставать от напряжения, но на величину менее 90 ^o в зависимости от значений V _R и V _L .

Новый фазовый угол между напряжением и током известен как фазовый угол цепи и обозначается греческим символом phi, Φ.

Чтобы создать векторную диаграмму зависимости между напряжением и током, необходимо найти опорный или общий компонент.В последовательно соединенной цепи R-L ток является общим, поскольку один и тот же ток течет через каждый компонент. Вектор этой контрольной величины обычно рисуется горизонтально слева направо.

Из наших руководств по резисторам и конденсаторам мы знаем, что ток и напряжение в резистивной цепи переменного тока являются «синфазными», и, следовательно, вектор V _R нанесен наложенным в масштабе на линию тока или опорную линию.

Из вышеизложенного мы также знаем, что ток «отстает» от напряжения в чисто индуктивной цепи, и поэтому вектор V _L нарисован на 90 ^o перед эталоном тока и в том же масштабе, что и V _R . и это показано ниже.

Цепь переменного тока серии

LR

На приведенной выше векторной диаграмме видно, что линия OB представляет опорную линию тока, линия OA представляет собой напряжение резистивной составляющей, которая синфазна с током. Линия OC показывает индуктивное напряжение, которое составляет 90 ^o перед током, поэтому видно, что ток отстает от напряжения на 90 ^o . Линия OD дает нам результирующее или питающее напряжение в цепи.Треугольник напряжения получен из теоремы Пифагора и имеет вид:

В цепи постоянного тока отношение напряжения к току называется сопротивлением. Однако в цепи переменного тока это соотношение известно как Импеданс , Z с единицами измерения снова в Ом. Импеданс — это полное сопротивление току в «цепи переменного тока», содержащее как сопротивление, так и индуктивное реактивное сопротивление.

Если мы разделим стороны вышеуказанного треугольника напряжений на ток, получится еще один треугольник, стороны которого представляют сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс катушки.Этот новый треугольник называется «треугольником импеданса»

.

Импедансный треугольник

Пример индуктивного сопротивления №2

Катушка соленоида имеет сопротивление 30 Ом и индуктивность 0,5 Ом. Если ток, протекающий через катушку, составляет 4 ампера. Рассчитать,

а) Напряжение питания при частоте 50 Гц.

б) Фазовый угол между напряжением и током.

Силовой треугольник индуктора переменного тока

Существует еще один тип конфигурации треугольника, который мы можем использовать для индуктивной цепи, и это «треугольник мощности».Мощность в индуктивной цепи известна как реактивная мощность или вольт-ампер реактивная , символ Var , которая измеряется в вольт-амперах. В цепи переменного тока серии RL ток отстает от напряжения питания на угол Φ ^o .

В чисто индуктивной цепи переменного тока ток будет не в фазе на 90 ^o относительно напряжения питания. Таким образом, общая реактивная мощность, потребляемая катушкой, будет равна нулю, поскольку любая потребляемая мощность компенсируется генерируемой мощностью самоиндуцированной ЭДС.Другими словами, полезная мощность в ваттах, потребляемая чистым индуктором в конце одного полного цикла, равна нулю, поскольку энергия забирается из источника и возвращается в него.

Реактивная мощность (Q) катушки может быть задана как: I ² x X _L (аналогично I ² R в цепи постоянного тока). Тогда три стороны треугольника мощности в цепи переменного тока представлены полной мощностью (S), активной мощностью (P) и реактивной мощностью (Q), как показано.

Треугольник силы

Обратите внимание, что фактическая катушка индуктивности или катушка будет потреблять мощность в ваттах из-за сопротивления обмоток, создающих импеданс Z.

Меры предосторожности при использовании реле

| Средства автоматизации | Промышленные устройства

Реле может подвергаться воздействию различных условий окружающей среды во время фактического использования, что может привести к неожиданному отказу. Следовательно, необходимы испытания в практическом диапазоне в реальных условиях эксплуатации. Соображения по применению должны быть рассмотрены и определены для правильного использования реле.

Для того, чтобы использовать реле должным образом, характеристики выбранного реле должны быть хорошо известны, а условия использования реле должны быть исследованы, чтобы определить, подходят ли они к условиям окружающей среды, и в то же время катушка Условия, условия контакта и условия окружающей среды для фактически используемого реле должны быть заранее известны в достаточной степени.
В таблице ниже приведены основные моменты выбора реле.Его можно использовать в качестве справочного материала для исследования предметов и предупреждений.

Основы работы с реле

• Для сохранения исходных характеристик следует соблюдать осторожность, чтобы не уронить реле и не задеть его.
• При нормальном использовании реле сконструировано таким образом, что корпус не отсоединяется.
  Для сохранения первоначальной производительности корпус снимать не следует.
  Характеристики реле не могут быть гарантированы при снятии корпуса.
• Использование реле в атмосфере при стандартной температуре и влажности с минимальным количеством пыли,
  SO ₂ , H ₂ S или органические газы.
  Для установки в неблагоприятных условиях следует рассмотреть один из герметичных типов.
  Пожалуйста, избегайте использования силиконовых смол рядом с реле,
  потому что это может привести к выходу из строя контакта. (Это также относится к реле с пластиковым уплотнением.)
• При подключении катушек поляризованных реле проверьте полярность катушек (+, -)
  на внутренней схеме подключения (Схема).Если выполнено какое-либо неправильное подключение, это может вызвать неожиданную неисправность, например, чрезмерный нагрев,
  огонь и тд, и схемы не работают.
  Избегайте подачи напряжения на установленную катушку и катушку сброса одновременно.
• Для правильного использования необходимо, чтобы на катушке подавалось номинальное напряжение.
  Используйте прямоугольные волны для катушек постоянного тока и синусоидальные волны для катушек переменного тока.
• Убедитесь, что подаваемое напряжение катушки не превышает максимально допустимого напряжения.
• Номинальная коммутируемая мощность и срок службы приведены только для справки.Физические явления в контактах и ​​срок службы контактов сильно различаются в зависимости от
  от типа нагрузки и условий эксплуатации.
  Поэтому обязательно внимательно проверяйте тип нагрузки и условия эксплуатации перед использованием.
• Не превышайте допустимые значения температуры окружающей среды, указанные в каталоге.
• Используйте флюсовый или герметичный тип, если будет использоваться автоматическая пайка.
• Хотя реле экологически закрытого типа (пластиковое уплотнение и т. Д.)) можно чистить,
  Избегайте погружения реле в холодную жидкость (например, в чистящий растворитель) сразу после пайки.
  Это может ухудшить герметичность.
  Реле клеммного типа для поверхностного монтажа является герметичным и может очищаться погружением.
  Используйте чистую воду или чистящий растворитель на спиртовой основе.
  Рекомендуется очистка методом кипячения (Температура очищающей жидкости
  должна быть 40 ° C или ниже). Избегайте ультразвуковой очистки реле. Использование ультразвуковой очистки
  может вызвать обрыв катушки или небольшое залипание контактов из-за ультразвуковой энергии.
• Избегайте сгибания клемм, так как это может привести к неисправности.
• В качестве ориентира используйте монтажное давление Faston от 40 до 70 Н {от 4 до 7 кгс} для реле с лепестковыми выводами.
• Для правильного использования прочтите основной текст.

Применение номинального напряжения является основным требованием для точной работы реле.
Хотя реле будет работать, если приложенное напряжение превышает напряжение срабатывания, требуется, чтобы на катушку подавалось только номинальное напряжение без учета изменений сопротивления катушки и т. Д., из-за различий в типе источника питания, колебаний напряжения и повышения температуры.
Также необходимо соблюдать осторожность, потому что могут возникнуть такие проблемы, как короткое замыкание слоев и выгорание в катушке, если приложенное напряжение превышает максимальное значение, которое может применяться непрерывно. В следующем разделе содержатся меры предосторожности относительно входа катушки. Пожалуйста, обратитесь к нему, чтобы избежать проблем.

1. Основные меры предосторожности при обращении с катушкой

Тип работы переменного тока

Для работы реле переменного тока источником питания почти всегда является коммерческая частота (50 или 60 Гц) со стандартными напряжениями 6, 12, 24, 48, 100 и 200 В переменного тока.Из-за этого, когда напряжение отличается от стандартного, продукт является предметом особого заказа, и факторы цены, доставки и стабильности характеристик могут создавать неудобства. По возможности следует выбирать стандартные напряжения.
Кроме того, для типа переменного тока, потери сопротивления затеняющей катушки, потери на вихревые токи магнитной цепи и выход с гистерезисными потерями, и из-за более низкой эффективности катушки повышение температуры является нормальным, если оно больше, чем для типа постоянного тока.
Кроме того, поскольку гудение возникает при напряжении ниже срабатывания и выше номинального напряжения, необходимо соблюдать осторожность в отношении колебаний напряжения источника питания.
Например, в случае запуска двигателя, если напряжение источника питания падает, и во время гудения реле, если оно возвращается в восстановленное состояние, контакты подвергаются ожогу и сварке с возникновением ложного срабатывания. самоподдерживающееся состояние.
Для типа переменного тока во время работы присутствует пусковой ток (для изолированного состояния якоря полное сопротивление низкое, а ток превышает номинальный ток; для закрепленного состояния якоря полное сопротивление высокое и номинальное значение протекающего тока), поэтому в случае использования нескольких реле при параллельном подключении необходимо учитывать потребляемую мощность.

Тип работы постоянного тока

Для работы реле постоянного тока существуют стандарты для напряжения и тока источника питания, при этом стандарты постоянного напряжения установлены на 5, 6, 12, 24, 48 и 100 В, но в отношении тока значения, выраженные в каталогах в миллиамперах. пусковой ток.
Однако, поскольку это значение тока срабатывания является не чем иным, как гарантией того, что якорь практически не перемещается, необходимо учитывать изменение напряжения питания и значений сопротивления, а также увеличение сопротивления катушки из-за повышения температуры. наихудшее состояние работы реле,
заставляя считать текущее значение равным 1.В 5–2 раза больше тока срабатывания. Кроме того, из-за широкого использования реле в качестве ограничивающих устройств вместо счетчиков как напряжения, так и тока, а также из-за постепенного увеличения или уменьшения тока, подаваемого на катушку, вызывая возможную задержку движения контактов, существует вероятность того, что назначенная управляющая способность может не быть удовлетворена. При этом необходимо проявлять осторожность.
Сопротивление обмотки реле постоянного тока изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, а также от собственного тепловыделения примерно на 0.4% / ° C, и, соответственно, при повышении температуры из-за увеличения срабатывания и отпускания напряжения требуется осторожность. (Однако для некоторых поляризованных реле эта скорость изменения значительно меньше.)

2. источник питания для входа катушки

Напряжение питания катушки переменного тока

Для стабильной работы реле напряжение включения должно находиться в диапазоне +10% / — 15% от номинального напряжения. Однако необходимо, чтобы форма волны напряжения, приложенного к катушке, была синусоидальной.Нет проблем, если источником питания является коммерческий источник питания, но когда используется стабилизированный источник питания переменного тока, возникает искажение формы волны из-за этого оборудования, и существует возможность ненормального перегрева. С помощью затеняющей катушки для катушки переменного тока гудение прекращается, но с искаженной формой волны эта функция не отображается. На Рис. 1 ниже показан пример искажения формы сигнала.
Если источник питания для рабочей цепи реле подключен к той же линии, что и двигатели, соленоиды, трансформаторы и другие нагрузки, при работе этих нагрузок напряжение в сети падает, и из-за этого контакты реле подвергаются воздействию вибрации и последующие ожоги.В частности, если используется трансформатор небольшого типа и его мощность не имеет запаса прочности, при наличии длинной проводки или в случае использования в быту или небольшом магазине, где проводка тонкая, необходимо принять меры предосторожности, потому что нормальных колебаний напряжения в сочетании с другими факторами.
При возникновении неисправности следует провести обследование ситуации с напряжением с помощью синхроскопа или аналогичных средств и принять необходимые контрмеры, и вместе с этим определить, следует ли использовать специальное реле с подходящими характеристиками возбуждения или выполнить аварийное отключение. изменение в цепи постоянного тока, как показано на рис.2, в который вставлен конденсатор для поглощения колебаний напряжения. В частности, когда используется магнитный переключатель, поскольку нагрузка становится подобной нагрузке двигателя, в зависимости от применения, следует попытаться разделить рабочую цепь и силовую цепь.

Источник питания для входа постоянного тока

Мы рекомендуем, чтобы напряжение, подаваемое на оба конца катушки в реле постоянного тока, находилось в пределах ± 5% от номинального напряжения катушки.
В качестве источника питания для реле постоянного тока используется батарея или схема полуволнового или двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором. Характеристики напряжения возбуждения реле будут меняться в зависимости от типа источника питания, и поэтому для отображения стабильных характеристик наиболее желательным методом является идеальный постоянный ток.
В случае пульсации, включенной в источник питания постоянного тока, особенно в случае схемы полуволнового выпрямителя со сглаживающим конденсатором, если емкость конденсатора слишком мала из-за влияния пульсации, возникает гудение и неудовлетворительное состояние производится.
Для конкретной схемы, которая будет использоваться, абсолютно необходимо подтвердить характеристики.
Необходимо рассмотреть возможность использования источника постоянного тока с пульсацией менее 5%. Также обычно следует подумать о следующем.

• 1. Для реле шарнирного типа нельзя использовать однополупериодный выпрямитель, если вы не используете сглаживающий конденсатор. Пульсации и характеристики должны быть оценены для правильного использования.
• 2.Для реле шарнирного типа существуют определенные приложения, которые могут или не могут использовать сам по себе двухполупериодный выпрямитель. Пожалуйста, уточняйте технические характеристики у оригинального производителя.
• 3. Напряжение, приложенное к катушке, и падение напряжения
  Ниже показана схема, управляемая одним и тем же источником питания (аккумулятором и т. Д.) Как для катушки, так и для контакта.
  На электрическую долговечность влияет падение напряжения в катушке при включении нагрузки.
  Убедитесь, что на катушку подается фактическое напряжение при фактической нагрузке.

3. Максимально допустимое напряжение и превышение температуры

При правильном использовании необходимо, чтобы на катушке подавалось номинальное напряжение катушки.
Однако обратите внимание, что если напряжение больше или равно максимальному продолжительному напряжению
Давление на катушку может привести к возгоранию катушки или короткому замыканию ее слоев из-за повышения температуры.Кроме того, не превышайте допустимый диапазон температуры окружающей среды, указанный в каталоге.

Максимальное длительное напряжение

Помимо стабильности работы реле,
максимальное непрерывное напряжение сжатой катушки является важным ограничением для предотвращения
о таких проблемах, как термическое повреждение или деформация изоляционного материала,
или возникновение опасности возгорания.
При фактическом использовании с изоляцией E-типа при температуре окружающей среды 40 ° C,
предел повышения температуры 80 ° C считается разумным в соответствии с методом сопротивления.Однако при соблюдении Закона о безопасности электроприборов и материалов эта температура становится 75 ° C.

Повышение температуры из-за импульсного напряжения

Когда используется импульсное напряжение со временем включения менее 2 минут,
повышение температуры катушки никак не связано со временем включения.
Это зависит от отношения времени включения к времени выключения,
и по сравнению с протеканием постоянного тока она довольно мала.
В этом отношении различные реле по существу одинаковы.

Изменение рабочего напряжения из-за повышения температуры катушки (горячий старт)

В реле постоянного тока, после непрерывного прохождения тока в катушке,
если ток выключен, то сразу же снова включается,
из-за повышения температуры в катушке рабочее напряжение станет несколько выше.Кроме того, это будет то же самое, что использовать его в атмосфере с более высокой температурой.
Соотношение сопротивления / температуры для медного провода составляет около 0,4% для 1 ° C,
и с этим соотношением сопротивление катушки увеличивается. То есть, чтобы реле сработало,
необходимо, чтобы напряжение было выше рабочего напряжения
и рабочее напряжение повышается в соответствии с увеличением значения сопротивления.
Однако для некоторых поляризованных реле эта скорость изменения значительно меньше.

4.Приложенное напряжение катушки и время срабатывания

В случае работы на переменном токе время срабатывания сильно варьируется в зависимости от точки фазы, в которой переключатель включен для возбуждения катушки, и выражается в виде определенного диапазона, но для миниатюрных типов это в большинстве случаев. часть 1/2 цикла. Однако для реле довольно большого типа, где дребезг велик, время срабатывания составляет от 7 до 16 мс, с временем срабатывания порядка от 9 до 18 мсек. время быстрое, но если оно слишком быстрое, время дребезга контакта «Форма А» увеличивается.Имейте в виду, что условия нагрузки (в частности, когда пусковой ток большой или нагрузка близка к номинальной) могут привести к сокращению срока службы и незначительному свариванию.

5. лотковые цепи (байпасные цепи)

В случае построения схемы последовательности из-за байпасного потока или альтернативной маршрутизации необходимо следить за тем, чтобы не было ошибочной или ненормальной работы. Чтобы понять это условие при подготовке цепей последовательности, как показано на рис.4, где 2 строки записаны как линии источника питания, верхняя линия всегда (+), а нижняя линия (-) (когда цепь переменного тока, применяется то же самое).
Соответственно, сторона (+) обязательно является стороной для контактных соединений (контакты для реле, таймеров, концевых выключателей и т. Д.), А сторона (-) — это сторона цепи нагрузки (катушка реле, катушка таймера, катушка магнита, соленоид. катушка, мотор, лампа и т. д.).
На рис. 5 показан пример паразитных цепей. На рис. 5 (a) при замкнутых контактах A, B и C после срабатывания реле R ₁ , R ₂ и R ₃ , если контакты B и C разомкнуты, имеется последовательная цепь через A, R ₁ , R ₂ и R ₃ , и реле будут гудеть и иногда не переходить в состояние отключения.
Подключения, показанные на Рис. 5 (b), выполнены правильно. Кроме того, что касается цепи постоянного тока, поскольку она проста с помощью диода для предотвращения паразитных цепей, следует применять правильное применение.

6. Постепенное увеличение напряжения на катушке и цепь самоубийства

Когда напряжение, подаваемое на катушку, увеличивается медленно, операция переключения реле нестабильна, контактное давление падает, дребезг контактов увеличивается, и возникает нестабильное состояние контакта.Этот метод подачи напряжения на катушку использовать не следует, и следует рассмотреть способ подачи напряжения на катушку (использование схемы переключения).
Кроме того, в случае реле с фиксацией, использующих контакты собственной «формы B», используется метод цепи собственной катушки для полного прерывания, но из-за возможности развития неисправности следует проявлять осторожность.
Схема, показанная на рис. 6, вызывает синхронизацию и последовательную работу с использованием реле герконового типа, но это не очень хороший пример со смесью постепенного увеличения приложенного напряжения для катушки и схемы самоубийства.В части синхронизации для реле R ₁ , когда время ожидания истекло, возникает дребезжание, вызывающее проблемы. В первоначальном тесте (пробное производство) он показывает удовлетворительную работу, но по мере увеличения количества операций почернение контактов (карбонизация) плюс дребезжание реле создают нестабильность в работе.

7. синхронизация фаз при переключении нагрузки переменного тока

Если переключение контактов реле синхронизировано с фазой питания переменного тока, может произойти сокращение электрического срока службы, сварные контакты или явление блокировки (неполное размыкание) из-за переноса материала контакта.Поэтому проверяйте реле, пока оно работает в реальной системе. При управлении реле с таймерами, микрокомпьютерами и тиристорами и т. Д. Возможна синхронизация с фазой питания.

8. Ошибочная работа из-за индуктивных помех

Для длинных проводов, когда линия для цепи управления и линия для подачи электроэнергии используют один кабелепровод, индукционное напряжение, вызванное индукцией от линии питания, будет подаваться на рабочую катушку независимо от того, подается ли управляющий сигнал. выключенный.В этом случае реле и таймер не могут вернуться в исходное состояние. Поэтому, когда проводка проходит на большом расстоянии, помните, что наряду с индуктивными помехами отказ соединения может быть вызван проблемой с распределительной способностью, или устройство может выйти из строя из-за воздействия внешних скачков напряжения, например, вызванных молнией.

9. Долгосрочная токонесущая

Цепь, по которой будет непрерывно ток в течение длительного времени
без переключения реле.(цепи для аварийных ламп, сигнальных устройств и
проверка ошибок, которая, например, восстанавливается только при неисправности и выводе предупреждений
с контактами формы B)
Постоянный, длительный ток, подаваемый на катушку, способствует ухудшению изоляции катушки.
и характеристики за счет нагрева самого змеевика. Для таких схем,
используйте реле с магнитной фиксацией. Если вам нужно использовать одно стабильное реле,
используйте реле герметичного типа, на которое не так легко влияют условия окружающей среды, и обеспечивайте отказоустойчивость
схемотехника, учитывающая возможность выхода из строя или размыкания контактов.

10.Использование при нечастом переключении

Пожалуйста, проводите периодические проверки контактной проводимости, если частота переключения составляет один или меньше раз в месяц.
Если переключение контактов не происходит в течение длительного времени, на контактных поверхностях может образоваться органическая мембрана, что приведет к нестабильности контакта.

11. Относительно электролитической коррозии катушек

В случае схем катушек сравнительно высокого напряжения, когда такие реле используются в атмосфере с высокой температурой и высокой влажностью или при непрерывном прохождении тока, можно сказать, что коррозия является результатом возникновения электролитической коррозии.Из-за возможности возникновения обрыва цепи следует обратить внимание на следующие моменты.

• 1. Сторона (+) источника питания должна быть подключена к шасси. (См. Рис.8) (Общий для всех реле)
• 2. В случае неизбежного заземления стороны (-) или в случае, когда заземление невозможно.
  (1) Вставьте контакты (или переключатель) в сторону (+) источника питания. (См. Рис. 9) (Общий для всех реле)
  (2) Если заземление не требуется, подключите клемму заземления к (+) стороне катушки.(См. Рис.10) (NF и NR с клеммой заземления)
• 3. Если сторона (-) источника питания заземлена, всегда избегайте перекрещивания контактов (и переключателей) на стороне (-). (См. Рис.11) (Общий для всех реле)
• 4. В случае реле с клеммой заземления, когда клемма заземления не считается эффективной, отсутствие подключения к земле играет важную роль в качестве метода предотвращения электролитической коррозии.

Примечание. Обозначение на чертеже указывает на вставку изоляции между железным сердечником и корпусом.В реле, где имеется клемма заземления, железный сердечник можно заземлить непосредственно на шасси, но с учетом электролитической коррозии более целесообразно не выполнять подключение.

КОНТАКТ

Контакты — важнейшие элементы конструкции реле. На характеристики контактов заметно влияют материал контакта, а также значения напряжения и тока, подаваемые на контакты (в частности, формы сигналов напряжения и тока во время включения и отключения), тип нагрузки, частота переключения, окружающая атмосфера, форма контакта. , скорость переключения контактов и дребезга.
Из-за переноса контактов, сварки, аномального износа, увеличения контактного сопротивления и различных других повреждений, которые приводят к неправильной работе, следующие пункты требуют тщательного изучения.

1. Основные меры предосторожности при контакте

Напряжение

Когда в цепь включена индуктивность, в качестве напряжения контактной цепи генерируется довольно высокая противоэдс, и поскольку, в пределах значения этого напряжения,
энергия, приложенная к контактам, вызывает повреждение с последующим износом контактов и переносом контактов, поэтому необходимо проявлять осторожность в отношении управляющей способности.В случае постоянного тока нет точки нулевого тока, как в случае с переменным током, и, соответственно, после того, как возникла катодная дуга, поскольку ее трудно погасить, увеличенное время дуги является основной причиной.
Кроме того, из-за фиксированного направления тока явление смещения контактов, как отдельно отмечено ниже, возникает в связи с износом контактов.
Обычно приблизительная контрольная способность упоминается в каталогах или аналогичных технических паспортах, но одного этого недостаточно.Со специальными контактными цепями для каждого отдельного случая производитель либо оценивает на основе прошлого опыта, либо проводит испытания в каждом случае.
Кроме того, в каталогах и аналогичных технических паспортах упомянутая управляющая способность ограничена резистивной нагрузкой, но для этого класса реле указано широкое значение, и обычно допустимую нагрузку по току следует рассматривать как таковую для цепей 125 В переменного тока. .
Минимальные допустимые нагрузки указаны в каталоге; однако они приведены только в качестве ориентира для нижнего предела, который может переключать реле, и не являются гарантированными значениями.
Уровень надежности этих значений зависит от частоты коммутации, условий окружающей среды, изменения желаемого контактного сопротивления и абсолютного значения.
Используйте реле с контактами AgPd, когда требуется точный аналоговый контроль нагрузки или контактное сопротивление не более 100 мОм (для измерений, беспроводных приложений и т. Д.).

Текущий

Существенное влияние оказывает ток как во время замыкания, так и во время размыкания контактной цепи.Например, когда нагрузкой является двигатель или лампа, в зависимости от пускового тока во время замыкания цепи,
износ контактов и степень передачи контактов увеличиваются, а контактная сварка и перенос контактов делают разделение контактов невозможным.

2. Характеристики обычных контактных материалов

Характеристики контактных материалов приведены ниже. Обращайтесь к ним при выборе реле.

3. Защита от прикосновения

Счетчик ЭДС

При переключении индуктивных нагрузок с помощью реле постоянного тока, таких как цепи реле, двигатели постоянного тока, муфты постоянного тока и соленоиды постоянного тока, всегда важно поглощать скачки напряжения (например.г. с диодом) для защиты контактов.
Когда эти индуктивные нагрузки отключены, возникает противоэдс от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт, что может серьезно повредить контакты и значительно сократить срок службы.
Если ток в этих нагрузках относительно невелик и составляет около 1 А или меньше, противо-ЭДС вызовет зажигание тлеющего или дугового разряда.
Разряд разлагает органические вещества, содержащиеся в воздухе, и вызывает образование черных отложений (оксидов, карбидов) на контактах. Это может привести к выходу из строя контакта.

На рис. 12 (a) противоэдс (e = -L di / dt) с крутой формой волны генерируется через катушку с полярностью, показанной на рис. 12 (b), в момент отключения индуктивной нагрузки.
Счетчик ЭДС проходит по линии питания и достигает обоих контактов.
Обычно критическое напряжение пробоя диэлектрика при стандартной температуре и давлении воздуха составляет от 200 до 300 вольт.Следовательно, если противоэдс превышает это значение, на контактах возникает разряд для рассеивания энергии (1 / 2Li ² )
, хранящейся в катушке. По этой причине желательно поглощать противоэдс до 200 В или меньше.

Явление переноса материала

Передача материала контактов происходит, когда один контакт плавится или закипает, и материал контакта переходит на другой контакт.
По мере увеличения количества переключений появляются неровные контактные поверхности, такие как те, что показаны на рис.13.
Через некоторое время неровные контакты замыкаются, как если бы они были сварены вместе.
Это часто происходит в цепях, где в момент замыкания контактов возникают искры, например, когда постоянный ток велик для индуктивных или емкостных нагрузок постоянного тока или когда большой пусковой ток (несколько ампер или несколько десятков ампер).
Цепи защиты контактов и контактные материалы, устойчивые к переносу материала, такие как AgSnO ₂ , AgW или AgCu, используются в качестве контрмер.
Обычно на катоде появляется вогнутое образование, а на аноде — выпуклое образование.Для емкостных нагрузок постоянного тока (от нескольких ампер до нескольких десятков ампер) всегда необходимо проводить фактические подтверждающие испытания.

Схема защиты контактов

Использование контактных защитных устройств или схем защиты может снизить противоэдс до низкого уровня.
Однако учтите, что неправильное использование приведет к неблагоприятным последствиям. Типовые схемы защиты контактов приведены в таблице ниже.
(G: хорошо, NG: плохо, C: забота)

Избегайте использования схем защиты, показанных на рисунках справа.
Хотя индуктивные нагрузки постоянного тока обычно труднее переключать, чем резистивные нагрузки,
использование соответствующей схемы защиты повысит характеристики до уровня резистивных нагрузок.

Хотя чрезвычайно эффективен для гашения дуги при размыкании контактов,
контакты подвержены свариванию, поскольку энергия накапливается в C, когда контакты размыкаются, и ток разряда течет из C, когда контакты замыкаются.

Хотя чрезвычайно эффективен для гашения дуги при размыкании контактов,
контакты подвержены свариванию, поскольку при замыкании контактов зарядный ток течет к C.

Установка защитного устройства

В реальной схеме необходимо найти защитное устройство (диод, резистор, конденсатор, варистор и т. Д.).) в непосредственной близости от нагрузки или контакта.
Если оно расположено слишком далеко, эффективность защитного устройства может снизиться. Ориентировочно расстояние должно быть в пределах 50 см.

Аномальная коррозия при высокочастотном переключении нагрузок постоянного тока (образование искры)

Если, например, клапан постоянного тока или сцепление включается с высокой частотой, может образоваться сине-зеленая ржавчина. Это происходит из-за реакции азота и кислорода в воздухе, когда во время переключения возникают искры (дуговые разряды).Следовательно, необходимо соблюдать осторожность в цепях, в которых искры возникают с высокой частотой.

4. Меры предосторожности при использовании контактов

Подключение нагрузки и контактов

Подключите нагрузку к одной стороне источника питания, как показано на рис. 14 (a).
Подключите контакты к другой стороне.
Это предотвращает образование высокого напряжения между контактами.
Если контакты подключены к обеим сторонам источника питания, как показано на Рис. 14 (b),
существует риск короткого замыкания источника питания при коротком замыкании относительно близких контактов.

Эквивалент резистора

Поскольку уровни напряжения на контактах, используемых в слаботочных цепях (сухих цепях), низкие, результатом часто является плохая проводимость. Одним из способов повышения надежности является добавление фиктивного резистора параллельно нагрузке, чтобы намеренно увеличить ток нагрузки, достигающий контактов.

Избегайте замыканий между контактами формы A и B

• 1.Зазор между контактами формы A и B в компактных элементах управления небольшой. Следует учитывать возникновение короткого замыкания из-за дуги.
• 2. Даже если три контакта Н.З., Н.О. и COM соединены таким образом, что они закорачивают, цепь никогда не должна проектироваться так, чтобы допускать возможность возгорания или возникновения сверхтока.
• 3. Запрещается проектировать цепь прямого и обратного вращения двигателя с переключением контактов формы A и B.

Короткое замыкание между разными электродами

Хотя существует тенденция к выбору миниатюрных компонентов управления из-за тенденции к миниатюризации электрических блоков управления, необходимо соблюдать осторожность при выборе типа реле в цепях, где между электродами в многополюсном реле прикладываются разные напряжения, особенно при переключении. две разные схемы питания.Это не проблема, которую можно определить по схемам последовательности. Необходимо проверить конструкцию самого элемента управления и обеспечить достаточный запас прочности, особенно в отношении утечки тока между электродами, расстояния между электродами, наличия барьера и т. Д.

Тип нагрузки и пусковой ток

Тип нагрузки и характеристики ее пускового тока, а также частота коммутации являются важными факторами, вызывающими контактную сварку.В частности, для нагрузок с пусковыми токами измерьте установившееся состояние и пусковой ток.
Затем выберите реле с достаточным запасом прочности. В таблице справа показано соотношение между типичными нагрузками и их пусковыми токами.
Также проверьте фактическую полярность, поскольку, в зависимости от реле, на срок службы электрической части влияет полярность COM и NO.

Волна и время пускового тока нагрузки

Пусковой ток / номинальный ток: i / i _o ≒ 10-15 раз

Газоразрядная трубка, трансформатор, дроссельная катушка, конденсатор и т. Д., объединены в общие цепи газоразрядных ламп.
Обратите внимание, что пусковой ток может быть от 20 до 40 раз, особенно если полное сопротивление источника питания низкое в типе с высоким коэффициентом мощности.

• Условия становятся более суровыми, если выполняется заглушка или толчкование, поскольку переходы между состояниями повторяются.
• При использовании реле для управления двигателем постоянного тока и тормозом импульсный ток во включенном состоянии, нормальный ток и ток отключения во время торможения различаются в зависимости от того, является ли нагрузка на двигатель свободной или заблокированной.
  В частности, с неполяризованными реле, при использовании контакта «от b» или «от контакта» для тормоза двигателя постоянного тока, на механический срок службы может влиять ток тормоза. Поэтому, пожалуйста, проверьте ток при фактической нагрузке.

Обратите внимание, что, поскольку индуктивность велика, дуга длится дольше при отключении питания.Контакт может легко изнашиваться.

при использовании длинных проводов

Если в цепи контактов реле должны использоваться длинные провода (от 100 до 300 м), пусковой ток может стать проблемой из-за паразитной емкости, существующей между проводами.Добавьте резистор (примерно от 10 до 50 Ом) последовательно с контактами.

Электрическая долговечность при высоких температурах

Проверьте фактические условия использования, так как использование при высоких температурах может повлиять на электрическую долговечность.

• Блокировочные реле поставляются с завода в состоянии сброса. Удар по реле во время транспортировки или установки может привести к его переходу в установленное состояние.Поэтому рекомендуется использовать реле в цепи, которая инициализирует реле в требуемое состояние (установка или сброс) при каждом включении питания.
• Избегайте подачи напряжения на установленную катушку и катушку сброса одновременно.
• Подключите диод, как показано, поскольку фиксация может быть нарушена при использовании реле в следующих цепях.
  Если установочные катушки или катушки сброса должны быть соединены вместе параллельно, подключите диод последовательно к каждой катушке. Рис.16 (а), (б)

Кроме того, если заданная катушка реле и катушка сброса другого реле подключены параллельно, подключите диод к катушкам последовательно.Рис.16 (c)

Если установленная катушка или катушка сброса должны быть подключены параллельно с индуктивной нагрузкой (например, другой катушкой электромагнитного реле, двигателем, трансформатором и т. Д.), Подключите диод к установленной катушке или катушке сброса последовательно. Рис.16 (d)

Используйте диод, имеющий достаточный запас прочности для повторяющихся приложений обратного постоянного напряжения и пикового обратного напряжения и имеющий средний выпрямленный ток, превышающий или равный току катушки.

• Избегайте приложений, в которых часто возникают скачки напряжения в сети.
• Избегайте использования следующей схемы, поскольку самовозбуждение на контактах будет препятствовать нормальному состоянию удержания.

Четырехконтактное фиксирующее реле

В схеме с двумя катушками с фиксацией, как показано ниже,
одна клемма на одном конце установочной катушки и одна клемма на одном конце катушки сброса соединены совместно, и напряжения одинаковой полярности прикладываются к другой стороне для операций установки и сброса.В схеме этого типа закоротите 2 контакта реле, как указано в следующей таблице.
Это помогает поддерживать высокую изоляцию между двумя обмотками.

Реле

Реле

Минимальная ширина импульса

В качестве ориентира задайте минимальную длительность импульса для установки или сброса фиксирующего реле.
по крайней мере, в 5 раз превышающее установленное время или время сброса каждого продукта, и подайте номинальное напряжение прямоугольной формы.
Также проверьте работу. Поинтересуйтесь, если вы не можете получить ширину импульса не менее 5 раз.
установленное (сброс) время.Также обращайтесь по поводу конденсаторного привода.

Индукционное напряжение с двумя катушками и защелкой

Каждая катушка в двухкатушечном реле-защелке намотана с установленной катушкой и катушкой сброса.
на тех же железных сердечниках.
Соответственно, при подаче напряжения на обратной стороне катушки создается индукционное напряжение.
и отключите каждую катушку.
Хотя величина индукционного напряжения примерно такая же, как номинальное напряжение реле,
вы должны быть осторожны с обратным напряжением смещения при управлении транзисторами.

1. Температура и атмосфера окружающей среды

Убедитесь, что температура окружающей среды при установке не превышает значения, указанного в каталоге. Кроме того, для использования в атмосфере с пылью, сернистыми газами (SO ₂ , H ₂ S) или органическими газами следует рассмотреть вариант использования герметичного типа (герметичный пластиковый).

2. силиконовый

Когда источник силиконовых веществ (силиконовый каучук, силиконовое масло,
силиконовые покрытия и силиконовые наполнители и т. д.) используется вокруг реле,
может образовываться силиконовый газ (низкомолекулярный силоксан и т. д.).
Этот силиконовый газ может проникнуть внутрь реле.
Когда реле остается и используется в этом состоянии,
силиконовый компаунд может прилипнуть к контактам реле, что может привести к выходу из строя контакта.
Не используйте вокруг реле какие-либо источники силиконового газа (включая пластиковые уплотнения).

3. No поколения

Когда реле используется в атмосфере с высокой влажностью для переключения нагрузки
который легко создает дугу, NOx, создаваемый дугой, и поглощенная вода
извне реле объединяются для производства азотной кислоты.Это разъедает внутреннюю
металлические детали и отрицательно сказываются на работе.
Избегайте использования при относительной влажности окружающей среды 85% или выше (при 20 ° C).
Если использование при высокой влажности неизбежно, обратитесь к нашему торговому представителю.

4. Вибрация и удары

Если реле и магнитный переключатель установлены рядом друг с другом на одной пластине, контакты реле могут на мгновение отделиться от удара, производимого при срабатывании магнитного переключателя, и привести к неправильной работе.Меры противодействия включают установку их на отдельные пластины, использование резинового листа для поглощения удара и изменение направления удара на перпендикулярный угол. Кроме того, если реле будет постоянно подвергаться вибрации (поезда и т. Д.), Не используйте его с розеткой. Рекомендуем припаивать непосредственно к клеммам реле.

5. Влияние внешних магнитных полей

Если рядом расположен магнит или постоянный магнит в любом другом крупном реле, трансформаторе или динамике, характеристики реле могут измениться, что может привести к неправильной работе.Влияние зависит от силы магнитного поля, и его следует проверять при установке.

6. Условия использования, хранения и транспортировки

Во время использования, хранения или транспортировки избегайте мест, подверженных воздействию прямых солнечных лучей.
и поддерживать нормальные условия температуры, влажности и давления.
Допустимые спецификации для сред, подходящих для использования, хранения и транспортировки
приведены ниже.

Конденсация

Конденсация возникает при резком падении температуры окружающей среды.
от высокой температуры и влажности,
или реле и микроволновое устройство внезапно переключаются из-под низкой температуры окружающей среды
к высокой температуре и влажности.Конденсация вызывает такие сбои, как ухудшение изоляции,
отсоединение проводов, ржавчина и т. д.
Panasonic Corporation не гарантирует отказы, вызванные конденсацией.
Теплопроводность оборудования может ускорить охлаждение самого устройства,
и может произойти конденсация.
Пожалуйста, проведите оценку продукта в наихудших условиях фактического использования.
(Особое внимание следует обращать на близкие к устройству детали, нагревающиеся при высокой температуре.
Также учтите, что внутри устройства может образоваться конденсат.)

Обледенение

Конденсат или другая влага может замерзнуть на реле.
когда температура становится ниже 0 ° C.
Обледенение вызывает заедание подвижной части,
задержка срабатывания и нарушение проводимости контакта и т. д.
Panasonic Corporation не гарантирует отказы, вызванные обледенением.
Теплопроводность оборудования может ускорить охлаждение самого реле.
и может произойти обледенение.
Пожалуйста, проведите оценку продукта в наихудших условиях фактического использования.

Низкая температура и низкая влажность

Пластик становится хрупким, если переключатель подвергается воздействию низких температур,
среда с низкой влажностью в течение длительного времени.

Высокая температура и высокая влажность

Хранение в течение длительного времени (включая периоды транспортировки)
при высокой температуре или высокой влажности или в атмосфере с органическими газами
или сульфидные газы могут вызвать образование сульфидной или оксидной пленки на поверхностях
контактов и / или это может мешать работе.
Проверьте атмосферу, в которой должны храниться и транспортироваться устройства.

Пакет

Что касается используемого формата упаковки, приложите все усилия, чтобы избежать воздействия влаги,
органических газов и сульфидных газов до абсолютного минимума.

Требования к хранилищу

Так как клеммы для поверхностного монтажа чувствительны к влажности
Он упакован в герметично закрывающуюся влагостойкую упаковку.
Однако при хранении обратите внимание на следующее.

7. Вибрация, удары и давление при транспортировке

При транспортировке, если к устройству, в котором установлено реле, приложена сильная вибрация, удар или большой вес, может произойти функциональное повреждение. Поэтому, пожалуйста, упакуйте таким образом, чтобы использовать амортизирующий материал и т. Д., Чтобы не превышался допустимый диапазон вибрации и ударов.

Ideal Transformer — обзор

13.3.2 Трансформаторы

Трансформатор — это устройство, которое позволяет передавать электрическую энергию в виде переменного тока от одной цепи к другой через магнитное поле. Это также позволяет преобразовывать эту энергию из одного уровня напряжения и тока в другой с минимальными потерями. Электрическая энергия наиболее эффективно передается на большие расстояния при очень высоких напряжениях, в сотни киловольт и, соответственно, умеренных уровнях тока. Распределение на месте при 230 В (или 115 В в США) безопасно и удобно.Преобразование высокого напряжения, используемого для передачи, в гораздо более низкое, используемое для распределения, выполняется трансформаторами. Они играют ключевую роль в системе электроснабжения. В дополнение к их использованию в распределении энергии и источниках питания, трансформаторы также используются во многих электронных системах, особенно в радиочастотной беспроводной связи. Трансформаторы могут быть размером с железнодорожный локомотив или меньше, чем пуговица на рубашке. Они могут работать на низких частотах (50 Гц и менее) или на радиочастотах (порядка гигагерц).Их можно сравнить с механическими коробками передач (которые используются в автомобилях, велосипедах и т. Д.), Которые преобразуют механическую энергию, передаваемую им, скажем, на высокой скорости и с низким крутящим моментом, в более низкую скорость, но с более высоким крутящим моментом, или наоборот.

На рисунке 13.5 (а) показана катушка или обмотка из Н ₁ витков, намотанных на магнитопровод. Катушка подключена к источнику постоянного тока. источник напряжения В ₁ . Ток I ₁ определяется сопротивлением катушки R ₁ , как показано эквивалентной схемой, показанной на рисунке 13.5 (б). Магнитный поток, индуцированный током I ₁ , определяется следующим образом (см. Также Hughes, 1995; R. J. Smith, 1984; Slemon and Straughen, 1980).

Рис. 13.5. Простая магнитная цепь, возбуждаемая постоянным током. источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

Ток I ₁ создает магнитодвижущую силу (ммс), F , Н ₁ I ₁ ампер (иногда используемую единицу измерения называют ампер-витками).

(13,1) F = N1I1

соответствующая напряженность магнитного поля H (измеряется в ампер / метр или ампер-виток / метр) составляет

(13,2) H = Fl

, где l — длина магнитный путь.

Связь между напряженностью поля H и плотностью потока B (измеряется в теслах) является свойством рассматриваемого материала. Для свободного пространства (и воздуха) эти две величины линейно пропорциональны соотношению (называемому проницаемостью) μ ₀ = 4π × 10 ⁻⁷ (измеряется в генри / метр).Для ферромагнитных материалов, таких как железо, сталь или ферриты, зависимость сильно нелинейна, как описано в хорошо известной петле B – H . При заданной напряженности поля H в этих материалах создается более высокая плотность потока B , чем в воздухе. Относительная магнитная проницаемость μ _r описывает, насколько больше плотность потока для данной напряженности поля. Он может иметь значение от нескольких сотен и более. Обратите внимание, что поскольку взаимосвязь между B и H является нелинейной, μ _r не является константой для конкретного материала; это зависит от значения H, или B.

(13,3) B = μ0μrH

Магнитный поток Φ (измеренный в веберах) рассчитывается из плотности потока как

(13,4) ϕ = BA

, где A — площадь поперечного сечения материала. перпендикулярно потоку.

На рисунке 13.6 (a) показана та же магнитная цепь, что и на рисунке 13.5 (a), но возбуждение изменено на переменное. источник напряжения (вида В = В _p sin ω t ). В этом случае поток также является синусоидальным (без учета влияния нелинейности петли B – H).Однако, согласно закону Фарадея, напряжение v индуцируется в проводнике, если он находится в изменяющемся магнитном поле, где

Рис. 13.6. Простая магнитная цепь, возбуждаемая переменным током. источник: (а) магнитная цепь; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13,5) ν = Ndϕdt

Это индуцированное напряжение противостоит приложенному, в дополнение к резистивному падению напряжения i ₁ R ₁ . Он представлен в эквивалентной схеме на Рисунке 13.6 (б) индуктором L _M . Катушка индуктивности используется, поскольку и находятся в фазе с Φ, но v не совпадают по фазе на 90 ° (из-за производного члена). Следовательно, ток в этом случае определяется как сопротивлением катушки, так и ее индуктивностью. Последнее зависит от магнитных свойств сердечника. Подстановка соотношений из (13.1) — (13.4) в (13.5) приводит к

(13.6) ν = N1dϕdt = μ0μrAlN12didi

Поскольку напряжение v представляет собой напряжение на катушке индуктивности, можно сравнить уравнение (13.6) с соотношением для индуктора v = L d i / d t . Следовательно, индуктивность с точки зрения магнитных свойств выражается как

(13,7) L = μ0μrAlN12

Предполагая, что поток синусоидальный, его можно выразить как Φ = Φ _пик sin ω t . Тогда из (13.5)

(13.8) ν1 = N1dϕdt = N1ωϕpeakcosωt

Среднеквадратичное значение v ₁ ( V ₁ ) равно

(13.9) V1 = N1ωϕpeak2 = 2π2N1fϕpeak = 4⋅44N1fϕpeak

Это важное соотношение показывает выбор, доступный проектировщикам. Например, на высоких частотах и ​​количество витков, и / или магнитный поток (и, следовательно, площадь поперечного сечения сердечника) могут быть уменьшены для данного входного напряжения.

На рисунке 13.7 (а) показана та же магнитная цепь, что и раньше, с добавлением второй обмотки из N ₂ витков. Две обмотки обычно называются первичной и вторичной .Выходное напряжение холостого хода этой второй (вторичной) обмотки В ₂ можно найти с помощью уравнения (13.5). Предполагая, что поток одинаков в обеих обмотках, v ₂ равно

Рис. 13.7. Трансформатор с разомкнутой вторичной обмоткой: а) магнитопровод; (б) электрическая эквивалентная схема.

(13.10) ν2 = N2dϕdt

Объединение уравнений (13.5) и (13.10) приводит к важному соотношению напряжений для идеального трансформатора.

(13.11) ν1ν2 = N1N2

Идеальным трансформатором в данном контексте является трансформатор, где

1.

Нет потерь мощности ни в обмотках, ни в сердечнике (механизмы потерь в трансформаторах описаны более подробно см. Slemon and Straughen, 1980).

2.

Поток в обеих обмотках одинаковый.

3.

Для создания магнитного потока в сердечнике требуется пренебрежимо малый ток (ток намагничивания).Другими словами, реактивное сопротивление L _M на рисунке 13.6 очень велико.

Эквивалентная схема практического сердечника с двумя обмотками показана на рисунке 13.7 (b). Здесь показан идеальный трансформатор, резистор R ₁ и катушка индуктивности L _M . Резистор R ₁ представляет сопротивление первой обмотки и используется для учета того факта, что в практическом трансформаторе потери мощности в обмотках не пренебрежимо малы, как указано для идеального в предположении (1) выше. .В результате выходное напряжение холостого хода вторичной обмотки, В, , _2, , немного меньше, чем было бы получено уравнением (13.11) с использованием входного напряжения В, , _{, 1,} и отношения витков. Это представлено в эквивалентной схеме падением напряжения на резисторе R ₁ , которое представляет собой разницу между реальным входным напряжением v ₁ и v ′ ₁ = v ₂ N ₁ / N ₂ .Точно так же в практическом трансформаторе током намагничивания не всегда можно пренебречь, как в предположении (3) выше. Это индуктор L _M .

На рисунке 13.8 (а) показан трансформатор с нагрузкой R _L , подключенной к вторичной обмотке. В результате наведенного напряжения v ₂ во вторичной обмотке по вторичной цепи протекает ток i ₂ . Однако этот ток, протекающий во вторичной обмотке, создает МДС, которая, согласно закону Ленца, противодействует потоку в сердечнике, который в первую очередь индуцировал В ₂ .Таким образом, чистый mmf в магнитной цепи уменьшается, и это, в свою очередь, уменьшает магнитный поток Φ. Согласно уравнению (13.5), уменьшенный поток приводит к уменьшению напряжения, индуцированного в первичной обмотке, которое противодействует входному напряжению v ₁ . Увеличенная разница между ними приводит к увеличению текущего i ₁ до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия. Следовательно, увеличение тока во вторичной обмотке приводит к увеличению тока в первичной обмотке.

Рис. 13.8. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой: а) магнитопровод, принципиальная схема трансформатора; (б) электрическая эквивалентная схема.

Первичный ток состоит из двух компонентов. Один из них — ток намагничивания i _M (ток, который течет в первичной обмотке, когда ток не течет во вторичной). Другой — это i ′ ₁ компонент, возникающий в результате протекания тока во вторичной обмотке. Следовательно,

(13.12) i1 = i′1 + iM

Эквивалентная схема на Рисунке 13.8 (b) показывает эту взаимосвязь.

В идеальном трансформаторе магнитный поток одинаков в обеих обмотках (предположение (2) выше), и МДС, создаваемые двумя обмотками, можно считать равными и противоположными друг другу. Следовательно,

(13.13) N1i′1 = N2i2

или

(13.14) i′i2 = N1N2

Обратите внимание, что объединение уравнений (13.11) и (13.14) приводит к

ν1i′1 = ν2i2

As Можно ожидать, что потребляемая мощность идеального трансформатора такая же, как и выходная мощность, поскольку отсутствуют потери.

Аналогично, использование уравнений (13.11) и (13.14) приводит к соотношению

(13.15) RL = ν2i2 = ν1N2N1i′1N1N2 = ν1i′1 [N2N1] 2 = R′L [N2N1] 2

где R ′ _L — это кажущееся сопротивление, «видимое при взгляде на первичную обмотку» в результате подключения R _L к вторичной обмотке. Это соотношение составляет основу использования трансформаторов для согласования импеданса . Возможно, более полезно выразить его как

(13.16) R′L = RL [N1N2] 2

На практике поток в двух обмотках не совсем одинаковый, и предположение (2) для идеального трансформатора не относится строго к практическому.Как показано на рисунке 13.9 (а), часть потока «утекает» из сердечника и связана только с одной из обмоток. В описании схемы на рис. 13.9 (а) показано, что эффект этого потока рассеяния должен индуцировать напряжение, которое противодействует входному напряжению. Этот эффект представлен в эквивалентной схеме катушкой индуктивности. Таким образом, пересмотренная эквивалентная схема трансформатора включает две катушки индуктивности L ₁ и L ₂ , чтобы учесть индуктивности рассеяния двух обмоток.Эквивалентная схема показана на рисунке 13.9 (b). При проектировании и изготовлении трансформаторов уделяется большое внимание минимизации потока утечки за счет таких мер, как наматывание двух обмоток друг на друга и использование сердечников тороидальной формы, если это возможно.

Рис. 13.9. Трансформатор с нагруженной вторичной обмоткой, показывающий поток рассеяния и результирующую индуктивность: (а) магнитная цепь, показывающая поток рассеяния; (б) электрическая эквивалентная схема.

Эквивалентная схема, показанная на рисунке 13.9 (б) чаще используется в упрощенном виде. Упрощение выполняется в два этапа. Во-первых, предположим, что падением напряжения в R ₁ и L ₁ из-за тока намагничивания i ′ _M можно пренебречь. Следовательно, L _M могут быть подключены напрямую через источник на другой стороне R ₁ и L ₁ без внесения каких-либо ошибок. Компонент R _M добавлен, чтобы представить потерю энергии в сердечнике, вызванную переменным магнитным потоком.На втором этапе используется уравнение (13.16). Это позволяет объединить вторичное сопротивление и индуктивность рассеяния с первичными. Резистор R ₂ отображается на первичной обмотке как R ′ ₂ , и его можно комбинировать с R ₁ для образования R _W как

(13,17) RW = R1 + R2 [N2N1] 2

Аналогично,

(13.18) LW = L1 + L2 [N2N1] 2

Упрощенная эквивалентная схема показана на рисунке 13.10.

Рис. 13.10. Упрощенная схема замещения трансформатора.

Может использоваться для расчета регулирования трансформатора. Это мера изменения напряжения между током холостого хода и током полной нагрузки. Он определяется как

(13.19) Регулировка = Vout (без нагрузки) −Vout (полная нагрузка) Vout (полная нагрузка)

Эквивалентная схема на рисунке 13.10 обычно используется на низких частотах (50 и 60 Гц). На высоких частотах необходимо учитывать паразитную емкость обмоток.Это можно смоделировать как конденсатор на первичной обмотке. Этот конденсатор эффективно включен последовательно с катушкой индуктивности, представляющей индуктивность рассеяния, и поэтому цепь является резонансной. В некоторых схемах трансформатор спроектирован как часть настроенной нагрузки усилителя, как в разделе 9.2 (см. J. Smith, 1986). На высоких частотах влияние индуктивности намагничивания может быть меньше, но индуктивности рассеяния больше.

В следующих разделах будет видно, что форма волны тока, потребляемого выпрямителями, подключенными к накопительным конденсаторам (см. Рисунок 13.21) далека от синусоидальности. Об этом всегда нужно помнить при проектировании источников питания и используемых в них трансформаторов. Информацию о практическом проектировании трансформаторов можно найти в нескольких специализированных текстах. Уиттингтон и др. . (1992) занимается проектированием трансформаторов для импульсных источников питания (см. Раздел 13.4).

Рис. 13.21. Входное напряжение и ток, а также осциллограммы напряжения нагрузки.

SAQ 13.1

Напряжение, ток и мощность были измерены на первичной стороне трансформатора вместе с вторичным напряжением при разомкнутой и короткозамкнутой вторичной обмотке.Результаты измерений, выполненных на частоте 50 Гц, следующие:

первичная сторона Определите первичнуюТакже определите мощность, рассеиваемую трансформатором, и выходное напряжение вторичной обмотки, когда она обеспечивает вторичный ток 8 А от первичного источника питания 240 В.

Как работает амперметр?

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Автором S. Hussain Ather

Чаще всего для измерения тока используется амперметр. Поскольку единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер, прибор, используемый для измерения тока, называется амперметром.

Существует два типа электрического тока: постоянный (DC) и переменный (AC).Постоянный ток посылает ток в одном направлении, в то время как переменный ток меняет направление тока через равные промежутки времени.

Амперметр Функция

Амперметры измеряют электрический ток путем измерения тока через набор катушек с очень низким сопротивлением и индуктивным сопротивлением. Это обеспечивает очень низкий импеданс, силу, противодействующую электрическому току, что позволяет амперметру точно измерять ток в цепи без помех или изменений из-за самого амперметра.

В амперметрах с подвижной катушкой движение происходит за счет фиксированных магнитов, которые настроены противодействовать току. Затем механизм вращает центрально расположенный якорь, прикрепленный к шкале индикатора. Этот циферблат расположен над градуированной шкалой, которая позволяет оператору узнать, сколько тока проходит через замкнутую цепь.

При измерении тока цепи необходимо последовательно подключить амперметр. Низкое сопротивление амперметра означает, что он не потеряет много мощности. Если амперметр был подключен параллельно, путь может стать короткозамкнутым, и весь ток будет проходить через амперметр, а не через цепь.

Основным требованием к любому измерительному прибору является то, что он не должен изменять измеряемую физическую величину. Например, амперметр не должен изменять исходный ток. Но на практике это невозможно. В электрической цепи начальный ток перед подключением амперметра составляет I ₁ = E / R . Предположим, что внутреннее сопротивление ячейки равно нулю.

Амперметр и гальванометры

Гальванометры определяют силу и направление незначительных токов в цепях.Указатель, прикрепленный к катушке, перемещается по шкале. Затем шкала калибруется для считывания силы тока в амперах.

Гальванометрам требуется магнитное поле, в то время как амперметры могут работать без него. Хотя гальванометр имеет гораздо большую точность, чем амперметр, он не такой точный. Это означает, что гальванометры могут быть очень чувствительны к небольшим изменениям тока, но этот ток все равно может быть далек от фактического значения.

Гальванометры могут измерять только постоянный ток, поскольку они требуют силы электрического тока в магнитном поле, в то время как амперметры могут измерять как постоянный, так и переменный ток.Амперметры постоянного тока используют принцип подвижной катушки, в то время как амперметры переменного тока измеряют изменения в том, как кусок железа движется в присутствии электромагнитной силы неподвижного провода катушки.

Шунтирующее сопротивление

При подключении гальванометра параллельно к очень маленькому шунтирующему резистору ток может быть перенаправлен через шунт, и только очень небольшой ток будет проходить через гальванометр. Таким образом, гальванометр может быть адаптирован для измерения более сильных токов, чем в противном случае.Шунт защищает гальванометр от повреждений, обеспечивая альтернативный путь прохождения тока.

Пусть G будет сопротивлением гальванометра, а I _g будет максимальным током, который может пройти через него для полного отклонения шкалы. Если I — ток, который необходимо измерить, то только часть I _g должна проходить через G для полного отклонения, а оставшаяся часть (I — I _g ) должна проходить через шунт. .

Правильное значение сопротивления шунта S вычисляется путем параллельного рассмотрения G и S . Следовательно,

S = \ frac {I_GG} {I-I_G}

Это уравнение дает значение сопротивления шунта.

Эффективное сопротивление амперметра определяется следующим образом:

R_ {eff} = \ frac {1} {1 / G + 1 / S} = \ frac {GS} {G + S}

Противодействие току Поток переменного тока

Противодействие протеканию переменного тока

Есть три фактора, которые могут создать противодействие потоку электронов (току) в цепи переменного тока.Сопротивление, как и сопротивление цепей постоянного тока, измеряется в омах и оказывает прямое влияние на переменный ток независимо от частоты. С другой стороны, индуктивное и емкостное сопротивление препятствуют протеканию тока только в цепях переменного тока, а не в цепях постоянного тока. Поскольку переменный ток постоянно меняет направление и интенсивность, катушки индуктивности и конденсаторы также могут препятствовать протеканию тока в цепях переменного тока. Следует также отметить, что индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление могут создавать сдвиг фаз между напряжением и током в цепи переменного тока.При анализе цепи переменного тока очень важно учитывать сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление. Все три влияют на ток в этой цепи.

Сопротивление

Как уже упоминалось, сопротивление создает противодействие току в цепи переменного тока, аналогичное сопротивлению цепи постоянного тока. Ток через резистивную часть цепи переменного тока обратно пропорционален сопротивлению и прямо пропорционален напряжению, приложенному к этой цепи или части цепи.Уравнения I = E / R & E = I × R показывают, как ток связан как с напряжением, так и с сопротивлением. Следует отметить, что сопротивление в цепи переменного тока не создает сдвига фаз между напряжением и током.

Рисунок 9-17. Сопротивление.

На рисунке 9-17 показано, как цепь на 10 Ом пропускает ток 11,5 ампер через резистивную цепь переменного тока на 115 вольт.

Индуктивное реактивное сопротивление

При перемещении магнита через катушку с проволокой на катушке индуцируется напряжение.Если предусмотрена полная цепь, то также будет индуцироваться ток. Величина наведенного напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля относительно катушки. И наоборот, ток, протекающий через катушку с проволокой, создает магнитное поле. Когда этот провод формируется в катушку, он становится основным индуктором.

Основным действием катушки является ее свойство противодействовать любому изменению тока через нее. Это свойство называется индуктивностью. Когда ток течет через любой проводник, магнитное поле начинает расширяться от центра провода.Когда силовые линии магнитного поля растут наружу через проводник, они индуцируют ЭДС в самом проводнике. Индуцированное напряжение всегда направлено против направления приложенного тока. Эффекты этой противодействующей ЭДС должны противодействовать приложенному току. Этот эффект — временное состояние. Когда ток в проводнике достигает постоянного значения, силовые линии магнитного поля больше не расширяются и противодействующая ЭДС больше не присутствует. Поскольку переменный ток постоянно изменяется по величине, индуктивность повторяется в цикле, всегда противоположном приложенному напряжению.Следует отметить, что единицей измерения индуктивности является генри (H).

Физические факторы, влияющие на индуктивность:

1. Число витков — удвоение числа витков в катушке создает поле в два раза сильнее, если используется тот же ток. Как правило, индуктивность зависит от числа витков в квадрате.
2. Площадь поперечного сечения катушки — индуктивность катушки увеличивается непосредственно по мере увеличения площади поперечного сечения сердечника. Удвоение радиуса катушки увеличивает индуктивность в четыре раза.
3. Длина катушки — удвоение длины катушки при сохранении того же числа витков снижает индуктивность наполовину.
4. Материал сердечника, вокруг которого сформирована катушка — катушки намотаны либо на магнитных, либо на немагнитных материалах. Некоторые немагнитные материалы включают воздух, медь, пластик и стекло. Магнитные материалы включают никель, железо, сталь и кобальт, которые обладают проницаемостью, которая обеспечивает лучший путь для магнитных силовых линий и позволяет создавать более сильное магнитное поле.

Поскольку переменный ток находится в постоянном состоянии изменения, магнитные поля внутри индуктора также непрерывно изменяются и создают наведенное напряжение / ток. Это индуцированное напряжение противостоит приложенному напряжению и называется противо-ЭДС. Это сопротивление называется индуктивным реактивным сопротивлением, обозначается XL и измеряется в омах. Эта характеристика катушки индуктивности также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи. Фазовый сдвиг, создаваемый индуктивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что напряжение ведет к току.То есть напряжение в индуктивной цепи достигает своих пиковых значений до того, как ток достигает пиковых значений.

Индуктивность — это свойство цепи противодействовать любому изменению тока и измеряется в генри. Индуктивное реактивное сопротивление — это мера того, насколько противодействующая ЭДС в цепи противодействует приложенному току. Индуктивное сопротивление компонента прямо пропорционально индуктивности компонента и приложенной к цепи частоте. При увеличении индуктивности или приложенной частоты индуктивное реактивное сопротивление также увеличивается и представляет собой большее сопротивление току в цепи.Это соотношение задается как XL = 2πfL, где XL = индуктивное реактивное сопротивление в омах, L = индуктивность в генри, f = частота в циклах в секунду и π = 3,1416

Рис. 9-18. Цепь переменного тока, содержащая индуктивность.

На рисунке 9-18 показана последовательная цепь переменного тока, в которой индуктивность составляет 0,146 Генри, а напряжение составляет 110 вольт при частоте 60 циклов в секунду. Индуктивное реактивное сопротивление определяется следующим методом.

X _L = 2π × f × L
X _L = 6.28 × 60 × 0,146
X _L = 55 Ом

В последовательных цепях переменного тока индуктивное реактивное сопротивление добавляется подобно последовательным сопротивлениям в цепи постоянного тока. [Рисунок 9-19] Полное реактивное сопротивление в показанной цепи равно сумме индивидуальных реактивных сопротивлений.

Рисунок 9-19. Последовательные индуктивности.

X _L = X _L1 + X _L2
X _L = 10 Ом + 15 Ом
X _LT = 25 Ом

Рисунок 9-20. Параллельные индуктивности.

Общее реактивное сопротивление катушек индуктивности, подключенных параллельно, определяется таким же образом, как и полное сопротивление в параллельной цепи.[Рисунок 9-20] Таким образом, полное реактивное сопротивление индуктивностей, соединенных параллельно, как показано, выражается как:

Емкостное реактивное сопротивление

Емкость — это способность тела удерживать электрический заряд. Обычно конденсатор состоит из двух параллельных пластин, разделенных изолятором. Изолятор обычно называют диэлектриком. Пластины конденсатора обладают способностью накапливать электроны при зарядке от источника напряжения. Конденсатор разряжается, когда подаваемое напряжение больше не присутствует, и конденсатор подключается к пути тока.В электрической цепи конденсатор служит резервуаром или хранилищем электроэнергии.

Основной единицей емкости является фарад, обозначаемый буквой F. По определению, один фарад — это один кулон заряда, накопленного с одним вольт на пластинах конденсатора. На практике одна фарада — это большая емкость. Обычно в электронике используются блоки гораздо меньшего размера. Две более распространенные единицы меньшего размера — это микрофарад (мкФ), который составляет 10 ^-6 фарад, и пикофарад (пФ), который составляет 10 ^-12 фарад.

Емкость зависит от физических свойств конденсатора:

1. Емкость параллельных пластин прямо пропорциональна их площади. Большая площадь пластины дает большую емкость, а меньшая площадь дает меньшую емкость. Если удвоить площадь пластин, останется место для вдвое большего заряда.
2. Емкость параллельных пластин обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
3. Диэлектрический материал влияет на емкость параллельных пластин.Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1. Эти значения используются в качестве эталона, а все другие материалы имеют значения относительно воздуха (вакуума).

При подаче переменного тока в цепь заряд на пластинах постоянно меняется. [Рис. 9-21] Это означает, что электричество должно течь сначала от Y по часовой стрелке к X, затем от X против часовой стрелки к Y, затем от Y по часовой стрелке к X и так далее. Хотя ток не течет через изолятор между пластинами конденсатора, он постоянно течет в оставшейся части цепи между X и Y.По мере того, как этот ток попеременно поступает на конденсатор и от него, создается определенная временная задержка. Когда конденсатор заряжается или разряжается через сопротивление, требуется определенное время для полной зарядки или разрядки. Напряжение на конденсаторе не изменяется мгновенно. Скорость зарядки или разрядки определяется постоянной времени цепи. Такая скорость заряда и разряда создает противодействие протеканию тока в цепях переменного тока, известное как емкостное реактивное сопротивление. Емкостное реактивное сопротивление обозначается X _C и измеряется в омах.Эта характеристика конденсатора также может создавать фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи. Фазовый сдвиг, создаваемый емкостным реактивным сопротивлением, всегда приводит к тому, что ток ведет к напряжению. То есть ток емкостной цепи достигает своих пиковых значений до того, как напряжение достигает пиковых значений.

Рисунок 9-21. Конденсатор в цепи переменного тока.

Емкостное реактивное сопротивление — это мера того, насколько емкостная цепь противодействует приложенному току. Емкостное реактивное сопротивление измеряется в омах.Емкостное реактивное сопротивление цепи косвенно пропорционально емкости цепи и приложенной к цепи частоте. При увеличении емкости или приложенной частоты емкостное реактивное сопротивление уменьшается, и наоборот. Это соотношение задается следующим образом:

Где: X _C = емкостное реактивное сопротивление в омах, C = емкость в фарадах, f = частота в циклах в секунду и π = 3,1416.

На рисунке 9-21 показана последовательная схема, в которой приложенное напряжение составляет 110 вольт при 400 гц, а емкость конденсатора составляет 80 мФ.Найдите емкостное реактивное сопротивление и ток.

Чтобы найти емкостное реактивное сопротивление, используйте следующее уравнение:

Сначала емкость, 80 мкФ, заменяется на фарады путем деления 80 на 1000000, поскольку 1 миллион микрофарад равен 1 фараду. Это частное равно 0,000080 фарада. Это подставляется в уравнение:

Летный механик рекомендует

Трансформаторы | IOPSpark

Когда электрический ток проходит через длинную полую катушку с проволокой, внутри катушки возникает сильное магнитное поле, а снаружи — более слабое.Линии рисунка магнитного поля проходят через катушку, расходятся от конца и огибают снаружи и внутрь на другом конце.

Это не настоящие линии, как те, которые вы рисуете карандашом. Это линии, которые мы представляем себе, как на рисунке, чтобы показать картину магнитного поля: направление, в котором образец железа будет намагничен полем. Там, где поле наиболее сильное, очереди наиболее тесно переполнены.

В полой катушке линии образуют сплошные кольца.Если в катушке есть железный сердечник, он намагничивается и, кажется, делает поле намного сильнее, пока есть ток.

Железный сердечник трансформатора обычно представляет собой законченное кольцо с двумя намотанными на него катушками. Одна подключена к источнику электроэнергии и называется первичной катушкой ; другой подает питание на нагрузку и называется вторичной катушкой . Намагничивание из-за тока в первичной катушке проходит по всему кольцу.Первичная и вторичная катушки могут быть намотаны в любом месте кольца, потому что железо переносит изменения намагниченности от одной катушки к другой. Между двумя катушками нет электрического соединения. Однако они связаны магнитным полем в железном сердечнике.

Когда в первичной обмотке имеется устойчивый ток, во вторичной обмотке нет эффекта, но есть эффект во вторичной обмотке, если ток в первичной обмотке изменяется. Изменяющийся ток в первичной обмотке вызывает e.м.ф. во вторичном. Если вторичная обмотка подключена к цепи, то есть ток.

Понижающий трансформатор на 1200 витков на первичной обмотке, подключенный к 240 В переменного тока. будет производить 2 В переменного тока. через 10-витковую вторичную обмотку (при минимальных потерях энергии) и зажгите лампу на 2 В.

Повышающий трансформатор на 1000 витков на первичной обмотке, питаемый от 200 В переменного тока. а вторичная обмотка на 10000 витков даст напряжение 2000 В переменного тока.

Железный сердечник сам по себе является грубой вторичной обмоткой (например, однооборотной катушкой), и изменения первичного тока вызывают небольшие круговые напряжения в сердечнике.Железо является проводником, и если бы железный сердечник был твердым, индуцированные напряжения вызывали бы в нем неэффективные вторичные токи (так называемые вихревые токи ). Таким образом, сердечник сделан из очень тонких листов, скрепленных вместе, причем поверхность каждого листа покрыта, чтобы сделать его плохим проводником. Края листов можно увидеть, посмотрев на края сердечника трансформатора.

Измерение профиля импеданса громкоговорителя [Analog Devices Wiki]

Цель:

Целью этой лабораторной работы является измерение профиля импеданса и резонансной частоты громкоговорителя с постоянными магнитами.

Фон:

Основная электрическая характеристика динамического громкоговорителя — это его электрический импеданс как функция частоты. Это можно визуализировать, построив график, называемый кривой импеданса.

Самый распространенный тип громкоговорителей — это электромеханический преобразователь, использующий звуковую катушку, подключенную к диафрагме или диффузору. Звуковая катушка в громкоговорителях с подвижной катушкой подвешена в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Когда электрический ток течет через звуковую катушку от аудиоусилителя, электромагнитное поле, создаваемое током в катушке, реагирует на фиксированное поле постоянного магнита и перемещает звуковую катушку (также конус).Переменный ток будет двигать конус вперед и назад. Движение бухты вызывает вибрацию воздуха, производящего звук.

Подвижная система громкоговорителя, включая диффузор, конусную подвеску, паук и звуковую катушку, имеет определенную массу и податливость. Чаще всего это моделируется как простая масса, подвешенная на пружине, которая имеет определенную резонансную частоту, при которой система будет вибрировать наиболее свободно.

Эта частота известна как «резонанс в свободном пространстве» динамика и обозначается F _S .На этой частоте, поскольку звуковая катушка вибрирует с максимальной амплитудой и скоростью от пика до пика, обратная ЭДС, генерируемая движением катушки в магнитном поле, также максимальна. Это приводит к тому, что эффективное электрическое сопротивление динамика достигает своего максимума на уровне F _S , известном как Z _MAX . Для частот чуть ниже резонанса импеданс быстро растет по мере приближения частоты к F _S и является индуктивным по своей природе. В резонансе импеданс является чисто резистивным, а за его пределами, когда импеданс падает, он выглядит емкостным.Импеданс достигает минимального значения, Z _MIN , на некоторой частоте, где поведение в основном (но не идеально) резистивно в некотором диапазоне частот. Номинальное или номинальное сопротивление динамика Z _NOM выводится из этого значения Z _MIN .

Знание резонансной частоты, а также минимального и максимального импедансов важно при проектировании сетей кроссоверных фильтров для нескольких динамиков с драйверами и физического корпуса, в котором они установлены.

Импеданс громкоговорителя Модель

Чтобы помочь понять измерения, которые мы собираемся провести, упрощенная электрическая модель громкоговорителя показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Модель импеданса громкоговорителя.

Схема на рисунке 1 имеет сопротивление постоянному току, включенное последовательно с параллельным резонансным контуром с потерями, состоящим из L, R и C, который моделирует динамический импеданс динамика в интересующем диапазоне частот.

• Rdc — это сопротивление громкоговорителя постоянному току, измеренное омметром постоянного тока.Сопротивление постоянному току в технических характеристиках динамика / сабвуфера часто называют DCR. Измерение сопротивления постоянному току обычно меньше номинального импеданса драйвера Z _NOM . Rdc обычно меньше указанного импеданса громкоговорителя, и начинающий энтузиаст громкоговорителей может опасаться перегрузки усилителя драйвера. Однако, поскольку индуктивность (L) динамика увеличивается с увеличением частоты, маловероятно, что усилитель драйвера действительно воспринимает сопротивление постоянному току как свою нагрузку.

• L — индуктивность звуковой катушки, обычно измеряемая в миллигенри (мГн). Обычно промышленным стандартом является измерение индуктивности звуковой катушки на частоте 1000 Гц. По мере увеличения частоты выше 0 Гц наблюдается рост импеданса выше значения Rdc. Это потому, что звуковая катушка действует как индуктор. Следовательно, общий импеданс громкоговорителя не является постоянным сопротивлением, но может быть представлен как динамический профиль, который изменяется в зависимости от входной частоты, как мы увидим, когда будем проводить измерения.Максимальный импеданс, Z _MAX , громкоговорителя возникает на резонансной частоте, F _S , громкоговорителя.

• F _S — резонансная частота громкоговорителя. Максимальное сопротивление громкоговорителя составляет F _S . Резонансная частота — это точка, в которой общая масса движущихся частей громкоговорителя уравновешивается силой подвески громкоговорителя во время движения. Информация о резонансной частоте важна для предотвращения звона корпуса.В общем, масса движущихся частей и жесткость подвески динамика являются ключевыми элементами, влияющими на резонансную частоту. Вентилируемый корпус (фазоинвертор) настроен на F _S , так что они работают в унисон. Как правило, динамик с более низким F _S лучше для воспроизведения низких частот, чем динамик с более высоким F _S .

• R представляет собой механическое сопротивление потерь подвески водителя.

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки
1 — Резистор 100 Ом (или любое аналогичное значение)
1 — Громкоговоритель, лучше всего, если динамик будет иметь диаметр конуса более 4 дюймов, что имеет относительно низкую резонансную частоту .

RMS Измерение напряжения

Настройка оборудования

Постройте схему, показанную на рисунке 2, предпочтительно используя вашу беспаечную макетную плату. Громкоговоритель может быть в корпусе или нет.

Рисунок 2: Настройка измерения динамика

Рисунок 3: Схема измерения динамика для V _L и I _L

Процедура

В Scopy запустите генератор сигналов и сгенерируйте синусоидальный сигнал с размахом 8 В и частотой 100 Гц.

Запустите вольтметр и установите оба канала на переменный ток (20–800 Гц). Используя инструмент вольтметр, мы можем рассчитать импеданс динамика Z на одной частоте, разделив среднеквадратичное напряжение на динамике (среднеквадратичное напряжение канала 1) на среднеквадратичное значение тока через динамик (среднеквадратичное значение тока канала 2). Среднеквадратичный ток можно вычислить как действующее значение напряжения на канале 2, разделенное на параллельное эквивалентное сопротивление R1 и R2.
Попробуйте настроить генератор сигналов на несколько разных частот и посмотрите, как изменяется напряжение на динамике и вычисленное значение Z.

Рисунок 4: Среднеквадратичное значение напряжения на громкоговорителе

Вы можете построить график зависимости рассчитанного импеданса Z от частоты. Частота генератора сигналов устанавливается с шагом 100 Гц и для каждой частоты, которую вы вычисляете Z. Импеданс динамика невелик, примерно равен сопротивлению постоянному току в линейной области, но намного выше на резонансной частоте F _S . Пример графика показан на рисунке 5. Ваш динамик, вероятно, будет выглядеть иначе.

Рисунок 5: Пример графика расчетного импеданса

Частотная характеристика

Настройка оборудования

Чтобы построить график частотной характеристики, выполните соединения, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6: Подключения макета для построения графика частотной характеристики

Процедура

В инструменте сетевого анализатора вы выполните логарифмическую развертку. Установите начальную частоту на 100 Гц и конечную частоту на 1 кГц .Установите фазу от -30 до 30 градусов и величину от 0 до 10 дБ .

Рисунок 7: Частотная развертка цепи громкоговорителя

Вопросы:

На основе ваших измеренных данных извлеките L C и R для электрической модели динамика, показанной на рисунке 1, для динамика, который вы использовали. Вы можете измерить Rdc с помощью омметра постоянного тока, если он у вас есть. Не обращайте внимания на L _INPUT , так как он будет мал по сравнению с L. Введите эти значения в схему моделирования схемы модели и сгенерируйте развертку частотной характеристики от 10 Гц до 1 кГц и сравните свою модель с данными, которые вы измерили в лаборатории. .

Для дальнейшего чтения:

.