Активное сопротивление цепи переменного тока

Активным или ваттным сопротивлением называется всякое сопротивление, поглощающее электрическую энергию или вернее превращающее ее в другой вид энергии, например в тепловую, световую или химическую.

Потери энергии, а, следовательно, и активное сопротивление в электрической цепи при переменном токе всегда больше потерь энергии в этой же цепи при постоянном токе. Причина этого заключается в том, что в цепях переменного тока потери энергии обусловлены не только обычным омическим сопротивлением проводников, но и многими другими причинами.

Рассмотрим некоторые из этих.

Так, например, наличие конденсатора в цепи переменного тока связано с дополнительными потерями энергии в результате периодического (с частотой переменного тока) изменения поляризации диэлектрика или, попросту говоря, в результате непрерывного переворачивания взад и вперед молекулярных парных зарядов.

При этом происходит нагревание диэлектрика, т. е. электрическая энергия превращается в тепловую. Эти потери энергии называются диэлектрическими потерями.

Кроме диэлектрических потерь, как уже говорилось раньше, происходят потери энергии из-за утечки тока вследствие несовершенства изоляции между пластинами конденсаторов. Эти потери называются потерями утечки.

Вокруг всякого переменного тока существует переменное магнитное поле. Следовательно, во всех окружающих железных предметах происходит непрерывное переворачивание молекулярных магнитиков в такт с частотой переменного тока. В результате железные предметы, находящиеся в поле переменного тока, нагреваются, т. е электрическая энергия превращается в тепловую. Эти потери называются

потерями на гистерезис.

Благодаря электромагнитной индукции переменный электрический ток наводит в близлежащих замкнутых электрических цепях индукционные токи, что связано с нагреванием этих цепей, т. е. с дополнительными потерями энергии.

Кроме того, такие же индукционные круговые токи возникают не только в замкнутых электрических цепях, но и в близлежащих металлических предметах и нагревают их. Эти токи называются токами Фуко. Возникновение токов Фуко также сопряжено с потерями электрической энергии.

Токи Фуко не всегда являются вредными. Например, на принципе токов Фуко основана защита радиоприборов медными или алюминиевыми экранами от переменных магнитных полей высокой частоты.

Наконец, при очень высоких частотах цепь переменного тока может излучать электромагнитные волны (радиоволны), что связано с потерями на излучение.

Наличие всех этих потерь увеличивает активное сопротивление цепи переменному току.

Опыт показывает, что при высоких частотах и омическое сопротивление проводника оказывается значительно большим, чем при постоянном токе.

Для объяснения этого явления увеличим мысленно сечение проводника (рис.

1) и посмотрим, что происходит в нем при прохождении по нему переменного тока. Вдоль проводника взад и вперед с частотой переменного тока движется огромное количество электронов.

Рисунок 1. Поверхностный эффект, как фактрор увеличения активного сопротивления в цепи переменного тока. Ток вытесняется магнитным полем на поверхность проводника (а), поэтому у поверхности проводника плотность тока больше, чем внутри проводника (б).

До сих пор нам было известно, что движущийся по проводнику переменный поток электронов создает вокруг него переменное магнитное поле. Теперь же, когда мы заглянем внутрь проводника, мы увидим, что магнитное поле имеется и внутри проводника. Это вызвано тем, что каждый электрон при движении создает вокруг себя магнитное поле, а так как часть электронов движется вблизи оси проводника, то они создают магнитное поле не только во вне, но и внутри проводника.

Продолжая присматриваться к происходящему внутри проводника, мы заметим, что наиболее быстро движутся электроны, находящиеся у поверхности проводника, а по мере приближения к середине проводника амплитуда (размах) колебаний электронов становится все меньше и меньше.

Почему же электроны колеблются с различными амплитудами в разных точках сечения проводника?

Это явление также имеет свое объяснение. Вспомним, что при всяком изменении скорости движения электрона на него действует ЭДС самоиндукции, противодействующая этому изменению. Вспомним также, что ЭДС самоиндукции зависит от числа магнитных силовых линий вокруг движущегося электрона. Чем большим числом магнитных силовых линий охватывается электрон, тем труднее ему совершать колебательное движение.

Теперь становится ясным, почему электроны, находящиеся у поверхности проводника, колеблются с большой амплитудой, а электроны, находящиеся глубоко внутри проводника, — с малой. Ведь первые охватываются только теми магнитными силовыми линиями, которые расположены вне проводника, а вторые охватываются и внешними и внутренними магнитными силовыми линиями.

Таким образом, плотность переменного тока получается большей у поверхности проводника и меньшей внутри его.

На рис. 1,б плотность тока характеризуется количеством красных точек. Как видим, наибольшая плотность тока получается около самой поверхности проводника.

При очень высоких частотах противодействие ЭДС самоиндукции внутри проводника становится настолько сильным, что все электроны движутся только по поверхности проводника. Это явление и называется

поверхностным эффектом. Так как активное сопротивление проводника зависит от его сечения, а полезным сечением при токе высокой частоты оказывается только тонкий наружный слой проводника, то вполне понятно, что его активное сопротивление увеличивается с повышением частоты переменного тока.

Для уменьшения поверхностного эффекта проводники, по которым протекают токи высокой частоты, делают трубчатыми и покрывают их слоем хорошо проводящего металла, например серебра.

В целях борьбы с явлением поверхностного эффекта применяют также провода специальной конструкции, так называемый литцендрат.

Такой проводник свивают из отдельных тонких медных жилок, имеющих эмалевую изоляцию, причем скрутка жилок производится таким образом, чтобы каждая из них проходила поочередно то внутри проводника, то снаружи его.

Явление поверхностного эффекта особенно сильно сказывается в железных проводах, в которых вследствие большой магнитной проницаемости железа внутренний магнитный поток оказывается особенно большим и поэтому явление поверхностного эффекта становится очень заметным даже при сравнительно низких (звуковых) частотах.

 

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

формула, от чего зависит, в чем измеряется реактивное сопротивление

Сопротивлением в электротехнике называют такую величину, которая характеризует противодействие отдельность части электрической сети или ее элементов электрическому току. Это основано на том, что сопротивление изменяет электрическую энергию и конвертирует ее в другие типы. Например, в сетях с переменных электротоком происходят необратимые изменения энергии и ее передача между участниками этой электроцепи.

Сопротивление как физическую величину трудно переоценить, так как она является одной из ключевых характеристик электричества в сети и прямо или пропорционально определяет силу тока и напряжение. Этот материал познакомит с такими понятиями как: активное сопротивление и реактивное сопротивление в цепи переменного тока, как проявляется зависимость активного сопротивления от частоты.

Векторное изображение полного импеданса

Какое сопротивление называется реактивным, какое активным

Активное электросопротивление — это важный параметр электрической сети, который обуславливает превращение электрической энергии, поступающей в участок электроцепи или в отдельный элетроэлемент в любой другой тип энергии: химическую, механическую, тепловую, электромагнитную. Процесс превращения при этом считаю необратимым.

Типы рассматриваемой величины и формулы ее расчета

Реактивное сопротивление по-другому называется реактансом и представляет собой сопротивляемость элементов электроцепи, которые вызывается измерением силы электротока или напряжения из-за имеющейся емкости или индуктивности этого элемента.

При реактансе происходит обменный процесс между отдельным компонентом сети и источником энергии. Часто это понятие относят к простому электрическому сопротивлению, однако оно отличается некоторыми моментами.

Течение переменного электротока не зависит от типа сопротивляемости элементов и всей сети

Какие отличия

Отличия этих типов электросопротивления в том, что «внутри» активностного типа энергия не накапливается, так как она попадает в активностый элемент и отдается окружающей среде в виде другого ее типа. Это может быть тепло или механическое поднятие груза, свечение, химическая реакция, задание чему-либо скорости.

Индуктивная величина и ее формулы

Важно! Преданная электроэлементу с активностным электросопротивлением энергия преображается и конвертируется, но не возвращается в сеть.

Сопротивляемость же реактивная, наоборот, копит энергию внутри себя за ¼ всего периода синусоидального электротока, а за следующую четверть возвращает ее обратно в сеть. То есть, в окружающую среду полученная энергия не передается.

Комплексная сопротивляемость отдельного элетроэлемента сети R

В активностном типе фазы электрических токов и напряжения совпадают, следовательно, выделяется некоторое количество электроэнергии. В реактивном виде фазы электротока и напряжения расходятся, поэтому энергия передается обратно. Это во многом объясняет то, что активностные электроэлементы нагреваются, а реактивные — нет.

Активная сопротивляемость в цепи переменного синусоидального тока

От чего зависит активное сопротивление

Активное электросопротивление зависит от сечения проводника. Это значит, что полезным сечением при электротоке с высокой частотой будет только тонкий наружный слой проводника. Из этого исходит также то, что активностное электросопротивление только возрастает с увеличением частоты электротока переменного типа.

Для того чтобы уменьшить поверхностный эффект проводника, по которому течет электроток высокой частоты, его изготавливают трубчатым и покрывают напылением металла, хорошо проводящего электрический ток, например, серебром.

Схема косвенного метода амперметра, вольтметра и ваттметра

В чем измеряется реактивное сопротивление

Само по себе, явление реактанса характерно только для цепей с электрическим током переменного типа. Обозначается оно латинской буквой «X» и измеряется в Омах. В отличие от активностного варианта, реактанс может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Знак «+» или «-» соответствует знаку, по которому сдвигается фаза электротока и напряжения. Знак положительный, когда ток отстает от напряжения и отрицателен, когда кот опережает напряжение.

Важно! Абсолютно чистое реактивное электросопротивление имеет сдвиг фазы на ± 180/2. То есть, фаза «двигается» на π/2.

Примером активной сопротивляемости — линия электропередач

Как правильно измерять сопротивление

При работе с радиоаппаратурой иногда требуется измерять не только активностное, но и реактивное электросопротивление (индуктивность и емкость). Для измерений применяют косвенный метод использования мультиметра, а более точные значения получают при мостовом методе.

Активом сопротивляемости может выступать любой резистор

Косвенный метод наиболее прост в своей реализации, так как не требует дополнительных схем включения. Одна требуется наличие трех отдельных приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. Если измерить напряжение и силу электротока в цепи, то можно получить полное электросопротивление: Z=U*I  После измерения активностной мощности P, можно получить величину активного сопротивления отдельного элемента: R= P/I².

Обмотка трансформатора — один из примеров актива по превращению электроэнергии

Области проявления

Реактанс электросопротивления проявляется в емкости и индукции. Первое обуславливается наличием емкости проводниках и обмотках или включением в электрическую цепь переменного тока различных конденсаторов. Чем выше емкость потребителя и угловой частоты сигнала электротока, тем меньше емкостная характеристика.

Сопротивляемость, которую оказывает проводник переменному току и электродвижущей силе самоиндукции, называется индуктивным. Оно зависит от индуктивности потребителя. Чем выше его индуктивность и выше частота переменного электротока, тем выше индуктивное электросопротивление. Выражается оно формулой: xl = ωL, где xl — это электросопротивление индукции, L — индуктивность, а ω — угловая частота тока.

Емкостный реактанс электросопротивление проявляется, например, в конденсаторе, который накапливает электроэнергию в виде электромагнитного поля между своими обкладками. Индуктивное электросопротивление можно наблюдать в дросселе, который накапливает энергию в виде магнитного поля внутри своей обмотки.

Активностным же электросопротивлением может обладать любой резистор, линии электропередач, обмотки трансформатора или электрического двигателя.

Индукция ЭДС может наблюдаться в дросселе

Таким образом, активный резист и реактанс во многом отличаются друг от друга не только разницей по названию, но и по физическим свойствам. Первый вид превращает электроэнергию в другой вид и отдает ее в окружающую среду. Второй же — возвращает ее обратно в электросеть.

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — это… Что такое АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ?

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи (или ее участка) электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в др. формы (преимущественно в тепловую). Измеряется в омах.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

• АКТИВНОЕ ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПРАВО
• АКТИВНОСТЬ

Смотреть что такое «АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ» в других словарях:

• активное сопротивление — Параметр пассивного двухполюсника, равный отношению активной мощности, поглощаемой в этом двухполюснике, к квадрату действующего значения электрического тока через этот двухполюсник. [ГОСТ Р 52002 2003] (активное) сопротивление Величина,… …   Справочник технического переводчика

• Активное сопротивление — определяет действительную часть импеданса: , где   импеданс,   величина активного сопротивления,   величина реактивного сопротивления,   мнимая единица. Активное сопротивление  сопротивление электрической цепи или её… …   Википедия

• АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — электр. сопротивление, оказываемое проводником прохождению переменного тока. А. с. зависит от материала, длины и поперечного сечения проводника, а также от темп ры (см. Электрическое сопротивление). Термин А. с. введен в электротехнику в связи с… …   Технический железнодорожный словарь

• АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — физ. величина, характеризующая сопротивление электрической цепи (или её участка) электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие формы (преимущественно в тепловую). Выражается в (см. ) …   Большая политехническая энциклопедия

• активное сопротивление — величина, характеризующая сопротивление электрической цепи (или её участка) электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие формы (преимущественно в тепловую). Измеряется в омах. * * * АКТИВНОЕ… …   Энциклопедический словарь

• активное сопротивление — aktyvioji varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Laidininko varža nuolatinei elektros srovei. atitikmenys: angl. active resistance; ohmic resistance vok. ohmscher Widerstand, m; Wirkwiderstand, m rus. активное… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• активное сопротивление — aktyvioji varža statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. active resistance; real resistance; resistance vok. reeller Widerstand, m; Resistanz, f; Wirkwiderstand, m rus. активное сопротивление, n pranc. résistance, f; résistance active, f;… …   Automatikos terminų žodynas

• активное сопротивление — aktyvioji varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. active resistance; real resistance vok. Resistanz, f; Wirkwiderstand, m rus. активное сопротивление, n pranc. résistance active, f; résistance ohmique, f …   Fizikos terminų žodynas

• АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — величина, характеризующая сопротивление электрич. цепи (или её участка) электрич. току, обусловленное необратимыми превращениями электрич. энергии в др. формы (преим. в тепловую). Измеряется в омах …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• активное сопротивление нулевой последовательности обмотки якоря синхронной машины — активное сопротивление нулевой последовательности Отношение активной составляющей основной гармоники напряжения якоря нулевой последовательности синхронной машины, обусловленной основной гармоникой тока якоря нулевой последовательности… …   Справочник технического переводчика

Книги

• Шаг за шагом к достижению цели. Метод кайдзен, Маурер Роберт. Для многих из нас достижение конкретных целей, позволяющих улучшить жизнь, не раз оказывалось трудным, а то и неосуществимым делом. Бросить курить, похудеть, продвинуться по карьерной… Подробнее  Купить за 421 руб
• Шаг за шагом к достижению цели. Метод кайдзен, Роберт Маурэр. Цитата «В современной культуре широкоформатных фильмов, увеличенных порций и экстремальных преображений, пропагандирующей девиз «больше значит лучше», трудно поверить, что маленькие шаги… Подробнее  Купить за 341 руб
• Шаг за шагом к достижению цели, Маурэр Р.. Для многих из нас достижение конкретных целей, позволяющих улучшить жизнь, не раз оказывалось трудным, а то и неосуществимым делом. Бросить курить, похудеть, продвинуться по карьерной… Подробнее  Купить за 339 руб

Другие книги по запросу «АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ» >>

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения

Подробности

Просмотров: 642

«Физика — 11 класс»

Активное сопротивление

Сила тока в цепи с резистором

Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R.

Сопротивление R называется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.
Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются.
Напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:

u = U_m cos ωt

Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения.
По закону Ома мгновенное значение силы тока:

В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством

Мощность в цепи с резистором

В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение меняются.
При прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет меняться во времени.

Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой

Р = I²R

Мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой

Р = i²R

Cреднее значение мощности за период (используем формулу для мгновенного значения силы тока и выражение ):

График зависимости мгновенной мощности от времени (рис.а):

Согласно графику (рис.б) среднее за период значение cos 2ωt равно нулю, а значит равно нулю второе слагаемое в формуле для среднего значения мощности за период.

Тогда средняя мощность равна:

Действующие значения силы тока и напряжения.

Среднее за период значение квадрата силы тока:

Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока обозначается через I:

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично:

Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором в действующих значениях:

В случае электрических колебаний важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность.
Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.

Действующие значения непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:

р = I²R = UI.

Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения

«Не стыдно не знать, стыдно не учиться».

Задача 1. В колебательном контуре напряжение на зажимах изменяется по закону  . Найдите действующие значения силы тока и напряжения, если активное сопротивление цепи равно 50 Ом.

ДАНО:	РЕШЕНИЕ Запишем общее уравнение гармонических колебаний напряжения Исходя из заданного по условию задачи уравнения можно определить, что амплитудное напряжение равно Из закона Ома для участка цепи Тогда действующие значения напряжения и силы тока равны

Ответ: U_д = 70,7 В; I_д = 1,4 А.

Задача 2. В цепь параллельно включены катушка с индуктивностью 30 мГн и конденсатор с ёмкостью 50 мкФ. Действующее значение силы тока равно 10 А. Запишете уравнения, описывающие колебания тока и напряжения, а также найдите активное сопротивление цепи.

ДАНО:	СИ	РЕШЕНИЕ Уравнения гармонических колебаний для напряжения и силы тока имеют вид Циклическая частота колебательного контура определяется по формуле Действующие значения напряжения и силы тока рассчитываются по выражениям Тогда амплитудное значение силы тока равно Амплитудное значение напряжения можно рассчитать по формуле С учетом рассчитанных значений уравнения гармонических колебаний примут вид Активное сопротивление цепи определяется по формуле

Задача 3. Действующее значение напряжения в цепи с колебательным контуром  составляет 50 В. Известно, что в некоторый момент времени t = 2 мс ток в цепи равен 2 А. Найдите индуктивность катушки, если ёмкость конденсатора равна 80 нФ,а активное сопротивление цепи равно 20 Ом. Сдвиг фаз равен нулю.

ДАНО:	СИ	РЕШЕНИЕ Запишем уравнения, описывающие колебания тока и напряжения в общем виде Из закона Ома для участка цепи Действующие значения напряжения и силы тока рассчитываются по формулам Тогда амплитудные значения напряжения и силы тока равны Циклическая частота колебательного контура определяется по формуле С учётом рассчитанного значения амплитудной силы тока и формулы для расчёта циклической частоты колебательного контура уравнение гармонических колебаний силы тока примет вид Т.к. по истечении 2 мс сила тока равна 2А, то

Ответ: 53 Гн.

Задача 4. Активное сопротивление колебательного контура равно 35 Ом, а частота колебаний равна 25 кГц. Найдите ёмкость конденсатора и индуктивность катушки.

ДАНО:	СИ	РЕШЕНИЕ Максимальная электрическая энергия колебательного контура Максимальная магнитная энергия колебательного контура Когда электрическая энергия максимальна, магнитная энергия равна нулю и наоборот, когда магнитная энергия максимальна, электрическая энергия равна нулю. Поэтому, оба выражения для максимальной энергии соответствуют полной энергии контура. В общем случае в контуре с активным сопротивлением происходят потери энергии. Однако, в течение одного колебания эти потери ничтожно малы, поэтому можно приравнять максимальную электрическую и максимальную магнитную энергию. Частота колебательного контура определяется по формуле Преобразуем данное выражение Активное сопротивление определяется по формуле Из равенства максимальной электрической энергии и максимальной магнитной энергии получаем Получаем систему состоящую из двух уравнений Из первого уравнения получаем Из второго уравнения

Ответ: L = 2,2×10^–4 Гн; C = 1,7×10^–7 Ф.

Сопротивление цепи фаза – ноль

Таблица 1

Сечение фазных жил   мм2	Сечение нулевой жилы мм2	Полное сопротивление цепи фаза – ноль, Ом/км при температуре жил кабеля +65 градусов
		Материал жилы:
		Алюминий			Медь
		R фазы	R нуля	Z цепи (кабеля)	R фазы	R нуля	Z цепи (кабеля)
1,5	1,5	—	—	—	14,55	14,55	29,1
2,5	2,5	14,75	14,75	29,5	8,73	8,73	17,46
4	4	9,2	9,2	18,4	5,47	5,47	10,94
6	6	6,15	6,15	12,3	3,64	3,64	7,28
10	10	3,68	3,68	7,36	2,17	2,17	4,34
16	16	2,3	2,3	4,6	1,37	1,37	2,74
25	25	1,47	1,47	2,94	0,873	0,873	1,746
35	35	1,05	1,05	2,1	0,625	0,625	1,25
50	25	0,74	1,47	2,21	0,436	0,873	1,309
50	50	0,74	0,74	1,48	0,436	0,436	0,872
70	35	0,527	1,05	1,577	0,313	0,625	0,938
70	70	0,527	0,527	1,054	0,313	0,313	0,626
95	50	0,388	0,74	1,128	0,23	0,436	0,666
95	95	0,388	0,388	0,776	0,23	0,23	0,46
120	35	0,308	1,05	1,358	0,181	0,625	0,806
120	70	0,308	0,527	0,527	0,181	0,313	0,494
120	120	0,308	0,308	0,616	0,181	0,181	0,362
150	50	0,246	0,74	0,986	0,146	0,436	0,582
150	150	0,246	0,246	0,492	0,146	0,146	0,292
185	50	0,20	0,74	0,94	0,122	0,436	0,558
185	185	0.20	0,20	0,40	0,122	0,122	0,244
240	240	0,153	0,153	0,306	0,090	0,090	0,18

   

Таблица 2

Мощность трансформатора, кВ∙А	25	40	69	100	160	250	400	630	1000
Сопротивление трансформатора, Zт/3, Ом  (Δ/Υ)	0,30	0,19	0,12	0,075	0,047	0,03	0,019	0,014	0,009

 

  

Таблица 3

I ном. авт. выкл, А	1	2	6	10	13	16	20	25	32-40	50 и более
R авт., Ом	1,44	0,46	0,061	0,014	0,013	0,01	0,007	0,0056	0,004	0,001

 

Таблица 4

R цепи, Ом	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0	1,5	2 и более
Rдуги, Ом	0,015	0,022	0,032	0,04	0,045	0,053	0,058	0,075	0,09	0,12	0,15

 

    При проектировании групповой сети, если питающая и распределительная сеть уже проложены, целесообразно выполнить измерение сопротивления цепи фаза – ноль от трансформатора до шин группового щита. Это может значительно уменьшить вероятность  ошибок при расчетах групповой сети. В этом случае сопротивление рассчитываем по формуле:

R_L—N= R_расп + R_пер.гр + R_авт.гр+  Rn_гр∙Ln_гр +Rдуги (2)

где, R_расп – измеренное сопротивление цепи фаза – ноль линии, подключаемой к вводному автоматическому выключателю группового щитка, Ом; R_пер.гр – сопротивление переходных контактов в групповой линии, Ом; R_авт.гр – суммарное сопротивление автоматических выключателей – вводного группового щита и отходящей групповой линии, Ом; Rn_гр – удельное сопротивление кабеля n-й групповой линии (по таблице 1), Ом/км; Ln_гр – длина n-й групповой линии, км.

    Рассмотрим процесс вычисления сопротивления цепи фаза – ноль схемы, показанной на Рис.1 при однофазном коротком замыкании фазы на ноль в конце групповой линии.

 

Исходные данные:

— трансформатор мощностью 630 кВ∙А подключен по схеме «треугольник – звезда» — по таблице 2 находим  Zт/3=0,014 Ом;

— питающая сеть – кабель с алюминиевыми жилами длиной 80 метров имеет фазный проводник 150 мм²  и нулевой – 50 мм². По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 0,986 Ом/км. Вычисляем его сопротивление (длины кабелей выражаем в километрах): 0,986 Ом/км∙0,08 км=0,079 Ом;

— распределительная сеть – кабель с медными жилами  длиной 50 метров и сечением жил 35 мм². По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 1,25 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:

1,25 Ом/км∙0,05 км=0,0625 Ом;

— групповая сеть – кабель с медными жилами длиной 35 метров и сечением жил 2,5 мм². По таблице 1 находим удельное сопротивление кабеля 17,46 Ом/км. Вычисляем его сопротивление:

17,46 Ом/км∙0,035 км=0,61 Ом;

— автоматический выключатель отходящий линии – 16 Ампер (с характеристикой срабатывания «С»), вводной автоматический выключатель группового щитка 32 Ампера, остальные автоматические выключатели в линии имеют номинальный ток более 50 Ампер. Вычисляем их сопротивление (по таблице 3) 0,01 Ом+0,004 Ом+3∙0,001 Ом=0,017 Ом;

— переходные сопротивления контактов учтем только в групповой линии (точки подключения кабеля групповой линии к щитку и к нагрузке). Получаем 2∙0,01 Ом=0,02 Ом.

    Суммируем все полученные значения и получаем сопротивление цепи фаза – ноль без учета сопротивления дуги R_L—N=0,014+0,079+0,0625+0,61+0,017+0,02=0,80 Ом.

Из таблицы 4 берем сопротивление дуги 0,075 Ом, и получаем окончательное значение искомой величины R_L—N=0,80 Ом+0,075 Ом=0,875 Ом.

    В Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) задано наибольшее время отключения цепей при коротком замыкании в сетях с глухозаземленной нейтралью 0,2 секунды при напряжении 380 В и 0,4 секунды при напряжении 220В.

    Для обеспечения заданного времени срабатывания защиты необходимо, что бы при коротком замыкании в защищаемой линии возникал ток, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя (для взрывоопасных помещений не менее чем в 4 раза) и не менее чем в 3 раза ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику (для взрывоопасных помещений не менее чем в 6 раз). Для автоматических выключателей с комбинированным расцепителем (имеющим тепловой расцепитель для защиты  от перегрузок и электромагнитный расцепитель для защиты от токов коротких замыканий) ток короткого замыкания должен превысить ток срабатывания электромагнитного расцепителя не менее, чем в  1,2 – 1,25 раза.

    В настоящее время используются автоматические выключатели с различной кратностью токов срабатывания электромагнитного расцепителя к тепловому. Автоматические выключатели группы «В» имеют кратность в пределах от 3 до 5, группы «С» от 5 до 10, группы «D» от 10 до 20, группы «K» от 10 до 15 и группы «Z» от 2 до 3. При расчетах всегда берется максимальное значение кратности токов срабатывания расцепителей. Например для автоматического выключателя С16, ток короткого замыкания должен быть не менее 16 А∙10∙1,2=192 А (для автоматического выключателя С10 не менее10А∙10∙1,2=120 А и для С25 не менее 25 А∙10∙1,2=300 А). В приведенном выше примере мы получили сопротивление цепи фаза – ноль 0,875 Ом. При таком сопротивлении цепи ток короткого замыкания Iкз составит величину

U_ф/ R_L—N=220В/0,875 Ом=251 А. Следовательно групповая линия в приведенном примере защищена от токов коротких замыканий.

    Максимальное сопротивление цепи фаза – ноль для  автоматического выключателя С16 составит величину 220 В/192А=1,14 Ом. В приведенном примере сети (Рис. 1) сопротивление цепи от трансформатора до шин группового щита составит 0, 875 Ом — 0,61 Ом=0.265 Ом. Следовательно максимально возможное сопротивление кабеля групповой линии будет равно 1,14 Ом – 0, 265 Ом=0,875 Ом. Его максимальную длину L при сечении жил кабелей 2,5 мм² определим при помощи таблицы 1.

L, км=0,875 Ом/(17,46 Ом/км)=0,050 км.

    Всегда, когда есть возможность, следует рассчитывать групповую сеть с максимальным запасом по сопротивлению цепи фаза – ноль, особенно розеточную сеть. Часто нагрузки (утюг, чайник и другие бытовые приборы), в которых часто происходят замыкания, подключают к розетке через удлинитель. Начиная с определенной длины провода удлинителя, нарушается согласование параметров цепи с характеристиками аппаратов защиты, то есть ток короткого замыкания оказывается недостаточным для мгновенного отключения сети. Отключение аварийного участка осуществится только тепловым расцепителем через сравнительно большой промежуток времени (несколько секунд), в результате чего кабели могут нагреться до недопустимо высоких температур вплоть до воспламенения изоляции.

    Проект электропроводки должен быть выполнен таким образом, что бы даже в случае воспламенения изоляции кабеля при коротком замыкании это не приводило к пожару. Именно поэтому возникли требования к прокладке скрытой электропроводки в стальных трубах в зданиях со строительными конструкциями, выполненными из горючих материалов. Во взрывоопасных зданиях целесообразно использовать более сложную защиту кабелей от воздействия токов короткого замыкания.

 

9 марта 2013 г.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

Патент США на контролируемое активное сопротивление (Патент № 10,862,480, выданный 8 декабря 2020 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка может быть связана с заявкой на патент США сер. № 16 / 276,494, поданный в четную дату настоящим документом, озаглавленный «Детектор мощности с широким динамическим диапазоном», содержание которого полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники (1) Область техники

Настоящие идеи в основном относятся к электронным схемам, а более конкретно к схеме активного резистора, которая создает сопротивление, пропорциональное тепловому напряжению.

(2) Предпосылки

Обычно схема определения мощности используется в радиочастотных (RF) схемах для измерения мощности. Радиочастотные схемы обычно включают в себя схемы передатчика и приемника, требования к мощности которых меняются в зависимости от использования. Например, мощность, необходимая для передачи сигнала через антенну, может варьироваться, и обычно важно контролировать выходной сигнал передатчика во время использования.

Каскады логарифмического преобразователя в схемах определения мощности выдают линейное выходное напряжение в экспоненциальное входное напряжение, которое само пропорционально входной мощности детектора мощности.Логарифмические детекторы мощности обеспечивают линейное выходное напряжение в дБ и могут использоваться в ряде приложений, таких как приложения для измерения мощности передачи и приема. Детекторы логарифмической мощности могут включать в себя: i) преобразователь напряжения в ток, который генерирует логарифмические напряжения на диодах, и ii) блок усилителя для усиления разности напряжений на диодах. Блок усилителя можно назвать дифференциальным усилителем.

В приведенном выше примере логарифмического детектора мощности дифференциальный усилитель должен усиливать разницу между напряжениями на диодах в преобразователе логарифмического напряжения в ток.Однако постоянный коэффициент усиления разностного усилителя приводит к изменению его выходного напряжения примерно на 60% в диапазоне температур от -40 ° C до 100 ° C.Причина такого большого изменения выхода разностного усилителя заключается в том, что входное напряжение разностный усилитель является функцией теплового напряжения (V _T ), члена, генерируемого в каскаде логарифмического преобразователя. Тепловое напряжение — это напряжение, возникающее в p-n переходе под действием температуры. Тепловое напряжение зависит от абсолютной температуры.Следовательно, входное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютной температуры, и при постоянном коэффициенте усиления дифференциального усилителя выходное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютной температуры.

Температурная компенсация, выполняемая на дифференциальном усилителе, является предпочтительной, поскольку входное напряжение и коэффициент усиления дифференциального усилителя линейны. Было бы желательно, чтобы коэффициент усиления дифференциального усилителя уменьшался с повышением температуры, чтобы нейтрализовать увеличение входного напряжения с температурой.

Соответственно, необходимо активное сопротивление, которое напрямую зависит от теплового напряжения. Такое активное сопротивление будет иметь значение, которое увеличивается с увеличением теплового напряжения. Этот тип активного сопротивления может использоваться в различных схемах, например, для уменьшения изменения выходного напряжения разностного усилителя в зависимости от температуры и минимизации изменения выходного напряжения разностного усилителя в зависимости от температуры. .

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Раскрыты различные варианты осуществления активного сопротивления.Кроме того, раскрыты различные варианты реализации резистора, зависящего от V _T . Кроме того, также раскрыты различные варианты осуществления, показывающие использование резисторов, зависящих от V _T , в схемных приложениях.

В одном из раскрытых вариантов осуществления резистор, зависящий от V _T , реализован в интегральной схеме (IC). В резисторе, зависящем от V _T , есть резистор R 2 , соединенный последовательно с полевым МОП-транзистором, и операционный усилитель (ОУ), управляющий затвором полевого МОП-транзистора.Резистор, зависящий от V _T , также включает в себя два источника тока: i) один источник тока, производящий ток, пропорциональный абсолютной температуре (I _PTAT ), и ii) другой источник тока (I _REF ), производимый отношение опорного напряжения запрещенной зоны к резистору R 1 . I _PTAT увеличивается с повышением температуры, потому что I _PTAT зависит от V _T . Ток I _REF остается постоянным в зависимости от температуры, пока не учитывается температурный коэффициент всех резисторов одного типа.I _PTAT управляет входом в операционный усилитель и генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (V _PTAT ). I _REF подключается к узлу обратной связи операционного усилителя. Контур обратной связи вынуждает увеличивать напряжение (V _PTAT ) через постоянный ток I _REF , тем самым создавая эффективное сопротивление, которое также увеличивается. Эффективное последовательное сопротивление (R _SUM ) R 2 и MOSFET становится функцией I _PTAT , что означает, что R _SUM изменяется в зависимости от V _T .

В другом варианте осуществления два источника тока в резисторе, зависящем от V _T , можно поменять местами, так что постоянный ток I _REF подается на вход операционного усилителя, генерируя напряжение V _REF . I _PTAT подключается к узлу обратной связи операционного усилителя. Следовательно, R _SUM теперь меняется с 1 / V _T .

В некоторых вариантах реализации могут использоваться источники тока с различными зависимостями, которые зависят не только от температуры.Например, источники тока могут зависеть от напряжения или от параметра устройства, такого как пороговое напряжение этого устройства, или от любой другой переменной, которая может создать зависимый источник тока.

В еще одном варианте осуществления различные источники тока могут быть суммированы вместе в узле. Например, различные величины относительного тока запрещенной зоны (который постоянен как функция температуры) и тока, который пропорционален абсолютной температуре (которая изменяется в зависимости от температуры), могут быть суммированы, чтобы создать любой произвольный наклон для R _{. СУММ} как функция температуры.Специалистам в данной области техники будет понятно, что можно создать активный резистор, который зависит от любой переменной или комбинации переменных, если переменные выражены в форме тока.

В еще одном альтернативном варианте осуществления представлено управляемое активное сопротивление, при этом управляемое активное сопротивление содержит первый резистивный элемент, первый активный элемент, операционный усилитель, первый вход которого подключен к первому резистивному элементу, второй вход подключен к первый активный элемент и выход, подключенный к первому активному элементу, и первый источник тока, подключенный к первому активному элементу, и второй источник тока, подключенный к первому резистивному элементу, причем первый резистивный элемент, операционный усилитель, первый источник тока и второй источник тока сконфигурированы в комбинации для управления первым активным элементом и заставляют первый активный элемент действовать как активное сопротивление.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Раскрытое устройство в соответствии с одним или несколькими различными вариантами осуществления описано со ссылкой на следующие фигуры. Чертежи предоставлены только в целях иллюстрации и просто изображают примеры некоторых вариантов осуществления раскрытых способа и устройства. Эти чертежи предназначены для облегчения понимания читателем раскрытых способа и устройства. Их не следует рассматривать как ограничивающие широту, объем или применимость заявленного изобретения.Следует отметить, что для ясности и простоты иллюстрации эти чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

РИС. 1 показана электрическая схема резистора, зависящего от V _T , в соответствии с одним вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 2 показана электрическая схема заземленного резистора, зависящего от V _T , в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 3 показывает электрическую схему цепи смещения для резистора, зависящего от V _T , соединенного с дифференциальным усилителем в соответствии с еще одним вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 4A показана электрическая схема преобразователя напряжения в ток в напряжение.

РИС. 4B показана электрическая схема разностного усилителя.

РИС. 5 показывает электрическую схему разностного усилителя в соответствии с альтернативным вариантом раскрытого устройства.

Одинаковые номера позиций и обозначения на различных чертежах указывают одинаковые элементы.

Определения

Термин тепловое напряжение, используемый в настоящем раскрытии, будет использоваться для обозначения напряжения, возникающего в p-n-переходе из-за действия температуры.Тепловое напряжение зависит от абсолютной температуры и может быть выражено следующим образом:
В _T = ( k · T ) / q
, где:

• • В _T = Тепловое напряжение
  • k = Постоянная Больцмана
  • T = температура в Кельвинах
  • q = элементарный заряд (1,602 × 10 ⁻¹⁹ кулон)
    Термины резистор, сопротивление и резистивный элемент будут использоваться взаимозаменяемо в настоящем описании для обозначения двухконтактного электрического компонента. который реализует электрическое сопротивление как элемент схемы.
    Термины активное сопротивление и активный резистор будут использоваться в настоящем раскрытии для обозначения составных элементов в электрической цепи, которые ведут себя как резистор, но поведение которых контролируется другим активным элементом, таким как операционный усилитель, в отличие от пассивного резистора. , который является элементом, поведение которого основано исключительно на его собственных характеристиках и не контролируется другим элементом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

РИС.1 показана электрическая схема резистора, зависящего от V _T , в соответствии с одним вариантом осуществления раскрытого устройства. Работа схемы 100 более подробно описана ниже.

Как показано на фиг. 1, резистор, зависящий от V _T , включает в себя резистор 110 , соединенный последовательно с полевым МОП-транзистором 108 , и операционный усилитель (операционный усилитель) 106 , управляющий затвором полевого МОП-транзистора 108 . Резистор, зависящий от V _T , также включает в себя два источника тока: i) источник тока 104 , производящий ток, который пропорционален абсолютной температуре (I _PTAT ), и ii) источник тока (I _REF ) 112 , который получается путем взятия отношения опорного напряжения запрещенной зоны к резистору R 1 (не показан на фиг.1). I _PTAT 104 увеличивается с увеличением температуры, поскольку I _PTAT зависит от V _T . Ток I _REF 112 остается постоянным в зависимости от температуры, пока игнорируются температурные коэффициенты R 1 и все пассивные резисторы. I _PTAT 104 подключен к резистору 102 , который имеет значение R _T . Результирующее напряжение управляет инвертирующим входом операционного усилителя , 106, и генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (V _PTAT ).T _REF 112 вводится в узел обратной связи операционного усилителя. Контур обратной связи вынуждает увеличивать напряжение (V _PTAT ) через постоянный ток I _REF , создавая таким образом эффективное сопротивление, которое также увеличивается пропорционально температуре. Эффективное последовательное сопротивление блока 114 , также называемое R _SUM , становится функцией I _PTAT 104 , поэтому R _SUM изменяется в зависимости от V _T .R _SUM определяется по формуле:

Rsum = RT.IPTATIrefEq.⁢1
После замены терминов для I _PTAT и I _REF :

RSUM = R1⁢RT · kVT⁢⁢ln⁢⁢NRBG · vbgEq .⁢2
где k — скаляр тока вне эталонного генератора запрещенной зоны, N — отношение плотностей тока диодов в генераторе эталонной запрещенной зоны, R _BG — внутреннее сопротивление через V _PTAT в эталонном генераторе запрещенной зоны. , V _bg — это напряжение, генерируемое опорным генератором запрещенной зоны, а Vbg / R 1 — это ток I _REF .
Как видно из уравнения. 2, R _SUM напрямую зависит от V _T . I _PTAT и I _REF могут быть выбраны таким образом, чтобы коэффициент усиления, равный единице, мог быть достигнут при любой температуре. В некоторых примерах коэффициент усиления изменяется от 1,0 до 1,6 при температурах от -40 ° C до 100 ° C. Не требуется, чтобы R _SUM 114 содержал пассивный резистор 110 ; скорее, R _SUM 114 может содержать только активное устройство. В примере, показанном на фиг.1 показано устройство NMOS 108 ; однако специалистам в данной области техники будет понятно, что используемое устройство может быть PMOS или любым другим типом устройства.

В другом варианте реализации резистора, зависящего от V _T , два источника тока в схеме резистора, зависящего от V _T , можно поменять местами, так что постоянный ток I _REF подается на вход операционного усилителя. 106 , генерирующее напряжение V _REF . I _PTAT подключается к узлу обратной связи операционного усилителя.Следовательно, R _SUM будет отличаться от 1 / V _T .

В некоторых вариантах реализации резистора, зависящего от V _T , можно использовать источники тока с различными зависимостями, которые зависят не только от температуры. Например, источники тока могут зависеть от напряжения или от параметра устройства, такого как пороговое напряжение этого устройства, или от любой другой переменной, которая может создать зависимый источник тока.

В еще одном варианте реализации резистора, зависящего от V _T , различные источники тока могут быть суммированы вместе в узле.Например, различные величины относительного тока запрещенной зоны (который постоянен как функция температуры) и тока, который пропорционален абсолютной температуре (которая изменяется в зависимости от температуры), могут быть суммированы, чтобы создать любой произвольный наклон для R _{. СУММ} как функция температуры. Специалистам в данной области техники будет понятно, что можно создать активный резистор, который зависит от любой переменной или комбинации переменных, если переменные выражены в форме тока.Не требуется, чтобы активный резистор Rsum ( 114 ) содержал пассивный резистор. Rsum может включать в себя активное устройство и резистор или просто активное устройство.

РИС. 2 показана электрическая схема заземленного резистора, зависящего от V _T , в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытого устройства. Резистор, зависящий от V _T , является активным резистором и может использоваться в схеме с заземлением или в плавающей схеме. ИНЖИР. 2 изображен активный резистор, привязанный к земле.На фиг. 2, резистор, зависящий от V _T , показанный на фиг. 1 подключен к внешней цепи. На фиг. 2 схема активного резистора по фиг. 1 объединен с аналогичной схемой 216 , которая использует свойства активного резистора. Схема на фиг. 1 требуется для создания управляющего сигнала (напряжения затвора) для активного резистора, в то время как схема на фиг. 2 далее использует это для управления отдельным активным резистором 216 . Как обычно в конструкции ИС, полевой МОП-транзистор и резисторы в блоках 214 и 216 могут быть идентичными или масштабированными копиями.В предельном случае это могут быть устройства разных типов, но желаемая функция активного резистора наиболее точно отражается от 214 до 216 , если типы устройств и напряжения максимально схожи. Согласование устройств является неотъемлемой чертой интегральных схем и делает эту схему возможной.

Эта внешняя схема включает в себя активный резистор 216 и блок 218 . OpAmp 206 , который управляет активным резистором 214 , также управляет устройством в реплике резистора 216 .Блок 218 представляет собой схему, в которой используется дублирующий резистор 216 . При таком использовании внешняя схема может обнаруживать изменение активного резистора 214 , поскольку оно изменяется с V _T (или изменяется с любым параметром, содержащимся в профиле входного тока, генерирующего активный резистор).

На ФИГ. 2, напряжение, которое чрезмерно изменяется на активном устройстве 222 , по сравнению с напряжением на его реплике устройства 208 , будет генерировать ошибки, которыми может управлять человек, разрабатывающий схему.

РИС. 3 показывает электрическую схему цепи смещения для резистора, зависящего от V _T , соединенного с дифференциальным усилителем в соответствии с еще одним вариантом осуществления раскрытого устройства. Здесь активный резистор используется в плавающей конфигурации. ИНЖИР. 3 показано, как блоки активных резисторов 320 и 324 используются в схеме дифференциального усилителя. Можно также увидеть схему управления активным резистором на фиг. 1, как содержится в элементах 304 , 312 , 314 , 306 и 302 .Однако общий узел на фиг. 1 (Vcm или GND) теперь подключен к стоку 316 . MOSFET 316 и OpAmp 314 используются для подзарядки схемы управления активным резистором до опорного напряжения, которое используется с реализованными активными резисторами 320 и 324 . Источники полевых МОП-транзисторов активных резисторов 320 и 324 подключены к OAM и OAP соответственно. Исходя из работы OpAmp 330 , OAM должен быть равен OAP.Мы видим, что OAP был выбран в качестве эталона для OpAmp 374 . OpAmp 374 работает, чтобы сделать OAPBUF, или общий узел схемы управления активным резистором, равным OAP и, следовательно, OAM. Следовательно, схема управления активным резистором и реализованные активные резисторы 320 и 324 имеют общее опорное напряжение.

Активные резисторы 320 и 324 являются копиями активного резистора 314 . Кроме того, согласованы активные резисторы 320 и 324 , которые формируют вход для операционного усилителя 330 .Входное напряжение активного резистора 320 составляет _M В, а входное напряжение активного резистора 324 составляет _P В. V _M и V _P — напряжения на диодах 416 и 410 , соответственно, на представленном позже фиг. 4А.

На ФИГ. На схеме 3 номиналы резисторов 326 и 328 равны. Также номиналы резисторов 340 и 342 равны.Коэффициент усиления операционного усилителя 330 определяется отношением номиналов резисторов 326 к 324 (или 328 к 320 ). Таким образом, выходное напряжение на выходе ОУ 330 (V _OUT ) определяется выражением:

VOUT = (VT · ln⁢⁢IINIREF) · (vbg · RBOT · RBGR1 · RT · kVT⁢⁢ln⁢ ⁢N) Eq.⁢3
Член Vt * ln (Iin / Iref) является выходным сигналом преобразователя напряжение-ток-напряжение и входным сигналом (vp-vm) для дифференциального усилителя. Фактор идеальности диода не учитывается, так как он тоже постоянный.Это видно из уравнения. 3 видно, что тепловое напряжение указано в числителе и знаменателе, поэтому оно выпадет из уравнения. Используя только один тип резистора (например, поликремния) для резисторов в формуле. 3, можно свести к минимуму отклонения из-за производственных процессов и колебаний температуры. Теперь можно предположить, что температурные коэффициенты резистора присутствуют, поскольку в предыдущем разделе они были временно проигнорированы. Наибольшие оставшиеся ошибки будут вызваны случайным рассогласованием добавленных схем, с которым можно справиться, разработав операционные усилители с низким смещением и зеркала с низким смещением.Также следует отметить, что напряжение в узле 354 является буферизованной версией напряжения в узле 356 . Кроме того, OAP буферизуется вместо OAM, чтобы избежать взаимодействия с дифференциальным усилителем 330 петли обратной связи.

РИС. 4A показана электрическая схема преобразователя напряжения в ток в напряжение (V-I-V). Преобразование тока в напряжение в преобразователе напряжения в ток в напряжение выполняется логарифмически. ИНЖИР. 4B показана электрическая схема разностного усилителя.Комбинация схем на фиг. 4A и 4B построены каскады линеаризации и усиления детектора мощности. В детекторе мощности разность напряжений на диодах 410 и 416 на фиг. 4A усиливается схемой разностного усилителя 450 на фиг. 4Б.

Принцип работы схемы преобразователя V-I-V на фиг. 4A подробно объясняется здесь. Контур обратной связи подает напряжение в узле 430 (Vin) на резистор 404 , генерируя ток 432 (Iin).Опорное напряжение (Vref) прикладывается к узлу 440 , которое затем прикладывается к резистору 406 , генерируя ток 446 (Iref). Iin управляет диодом 410 , а Iref — диодом 416 . Диод 410 вырабатывает напряжение V _P , а диод 416 развивает напряжение V _M . Следовательно, разность напряжений на диодах 410 и 416 определяется по формуле:

VP-VM≈VT · ln⁡ (IinIref) Eq.⁢4
, где снова игнорируется коэффициент идеальности диода, поскольку он постоянен. Эта разница в напряжении вводится в разностный усилитель 450 на фиг. 4Б. Разностный усилитель 450 увеличивает эту разницу на коэффициент усиления дифференциального усилителя, который определяется отношением номиналов резисторов R 2 / R 1 . Член Vgs на фиг. 4B представляет функцию сдвига уровня и является необязательной для специалистов в данной области техники. Таким образом, выходное напряжение дифференциального усилителя 450 определяется по формуле:
В _OUT = R 2/ R 1 · ( VP − VM ) Ур.5

Постоянный коэффициент усиления дифференциального усилителя 450 вызывает изменение его выходного напряжения более чем на 60% в диапазоне температур от -40 C до 100 C. Причина такого большого разброса на выходе дифференциального усилителя 450 состоит в том, что входное напряжение дифференциального усилителя является функцией V _T , как можно увидеть в уравнении. 4. V _T зависит от абсолютной температуры, таким образом, входное напряжение дифференциального усилителя 450 напрямую зависит от абсолютной температуры, а при постоянном коэффициенте усиления дифференциального усилителя выходное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютного значения. температура.

Разница в температурных коэффициентах резисторов между разными типами резисторов, используемых с разностным усилителем 450 , может использоваться для поддержания постоянного напряжения на выходе разностного усилителя. Резисторы 452 и 454 имеют равные значения R 1 и изготовлены из одного и того же полупроводникового материала, тогда как резисторы 456 и 458 имеют равные значения R 2 и изготовлены из другого полупроводникового материала.Эти полупроводниковые материалы могут быть, например, поликремнием или активной диффузией. R 1 и R 2 имеют разные температурные коэффициенты. Отношение R 2 к R 1 может быть использовано для минимизации температурной зависимости отношения; однако изменения в обработке полупроводников могут привести к значительному изменению номинальных значений или разницы в скорости изменения сопротивлений R 1 и R 2 в зависимости от температуры из-за того, что разные типы резисторов, такие как резисторы, изготовленные из поликремния или активной диффузии, некоррелированы и колеблются по-разному в зависимости от технологического процесса.

С другой стороны, ФИГ. 5 показана электрическая схема схемы 500 разностного усилителя, в которой используется заявленный в настоящее время активный резистор для минимизации колебаний его выходного напряжения. В то время как схема на фиг. 4B используются пассивные резисторы 452 и 454 , а схема дифференциального усилителя 450 страдает от больших колебаний выходного напряжения, схема на фиг. 5 заменяет эти пассивные резисторы активными резисторами 560 и 564 , что позволяет схеме дифференциального усилителя 500 иметь минимальное изменение выходного напряжения в зависимости от температуры.

Путем замены пассивных резисторов активными, уравнения 2, 4 и 5 могут быть объединены для получения выходного напряжения дифференциального усилителя 500 , которое теперь определяется следующим образом:

VOUT = (VT · ln⁢⁢IINIREF) · (vbg · RBOT · RBGR1 · RT · kVT⁢⁢ln⁢⁢N) Уравнение 6
Из уравнения 6 видно, что V _T находится в числителе и знаменателе, поэтому он выпадет из уравнения 6 • Используя только один тип резистора для резисторов в уравнении 6, можно свести к минимуму производственный процесс и колебания температуры.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что принцип активного резистора может использоваться в любой схеме операционного усилителя с резисторами, используемыми для установки усиления и / или установки компенсации стабильности полюса / нуля. Этот принцип может использоваться, среди прочего, в активных фильтрах или датчиках температуры.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что различные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы для удовлетворения широкого разнообразия технических требований. Если выше не указано иное, выбор подходящих значений компонентов является вопросом выбора конструкции, и различные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в любой подходящей технологии IC (включая, но не ограничиваясь ими, структуры MOSFET) или в гибридных или дискретных схемах.Варианты реализации интегральной схемы могут быть изготовлены с использованием любых подходящих подложек и процессов, включая, помимо прочего, стандартный объемный кремний, кремний на изоляторе (SOI) и кремний на сапфире (SOS). Если выше не указано иное, изобретение может быть реализовано в других транзисторных технологиях, таких как биполярные технологии, технологии GaAs HBT, GaN HEMT, GaAs pHEMT и MESFET. Изготовление в КМОП-технологии на основе процессов SOI или SOS позволяет создавать схемы с низким энергопотреблением, способностью выдерживать сигналы высокой мощности во время работы благодаря наложению полевых транзисторов, хорошей линейности и высокочастотной работе (т.например, радиочастоты до и выше 50 ГГц). Монолитная реализация ИС особенно полезна, поскольку паразитные емкости обычно можно поддерживать на низком уровне (или, как минимум, поддерживать одинаковыми для всех блоков, что позволяет их компенсировать) за счет тщательного проектирования.

Уровни напряжения могут быть отрегулированы или полярности напряжения и / или логического сигнала могут быть изменены в зависимости от конкретной спецификации и / или технологии реализации (например, NMOS, PMOS или CMOS, а также транзисторные устройства с режимом улучшения или режимом истощения).Возможности управления напряжением, током и мощностью компонентов могут быть адаптированы по мере необходимости, например, путем регулировки размеров устройства, последовательного «объединения» компонентов (в частности, полевых транзисторов), чтобы выдерживать более высокие напряжения, и / или использования нескольких компонентов параллельно для обработки больших токов. Дополнительные компоненты схемы могут быть добавлены для расширения возможностей раскрытых схем и / или для обеспечения дополнительных функций без значительного изменения функциональности раскрытых схем.

Термин «MOSFET», используемый в этом раскрытии, означает любой полевой транзистор (FET) с изолированным затвором и содержащий металлическую или подобную металлу, изолятор и полупроводниковую структуру.Термины «металл» или «металлоподобный» включают по меньшей мере один электропроводящий материал (например, алюминий, медь или другой металл, или высоколегированный поликремний, графен или другой электрический проводник), «изолятор» включает по меньшей мере один изолирующий материал (такой как оксид кремния или другой диэлектрический материал), а «полупроводник» включает по меньшей мере один полупроводниковый материал.

Был описан ряд вариантов осуществления изобретения. Следует понимать, что различные модификации могут быть выполнены без отклонения от сущности и объема изобретения.Например, некоторые из описанных выше этапов могут быть независимыми от порядка и, таким образом, могут выполняться в порядке, отличном от описанного. Кроме того, некоторые из описанных выше шагов могут быть необязательными. Различные действия, описанные в отношении указанных выше методов, могут выполняться повторно, последовательно или параллельно.

Следует понимать, что вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения объема изобретения, который определяется объемом следующей формулы изобретения, и что другие варианты осуществления находятся в пределах объема формулы изобретения.(Обратите внимание, что метки в скобках для элементов формулы предназначены для простоты ссылки на такие элементы и сами по себе не указывают на конкретный требуемый порядок или перечисление элементов; кроме того, такие метки могут быть повторно использованы в зависимых пунктах формулы как ссылки на дополнительные элементы, не будучи рассматривается как начало противоречивой последовательности маркировки).

Активная, реактивная и полная мощность в цепях переменного тока

Активная мощность:

Если активное сопротивление (например,грамм. нагревательный элемент) подключен к цепи переменного тока, результирующее напряжение и ток совпадают по фазе (синяя и красная кривые на схеме ниже). Умножение связанных пар мгновенных значений напряжения и тока дает мгновенную мощность (зеленая кривая).

Такая кривая мощности всегда положительна, потому что для активного сопротивления напряжение и ток всегда либо положительные, либо отрицательные. Положительная мощность передается от генератора к потребителю.Зеленые зоны отображают проделанную активную работу. Поскольку мощность имеет частоту в два раза превышающую частоту напряжения или тока, не может быть нанесен на график вместе с током и напряжением на нормальной векторной диаграмме.

мощность переменного тока p ( t ) имеет пиковое значение p ₀ = u ₀ · i ₀ и может быть преобразовано путем приравнивания площадей под кривой в эквивалентную мощность постоянного тока , или активная мощность р.Активная мощность для активного сопротивления составляет половину пиковой мощности, т.е.

Другими словами:

Активная мощность для активного сопротивления является произведением среднеквадратичного напряжения и действующего тока.

Реактивная мощность:

Если чистое реактивное сопротивление, т. Е. Емкостное или индуктивное сопротивление, подключено к цепи переменного тока, сдвиг фаз j между током и напряжением составляет 90 °, ток опережает напряжение в случае емкости и отстает от напряжения в случай индуктивности (как показано на диаграмме ниже).Кривая мощности здесь симметрична относительно оси времени, так что положительная и отрицательная (серые) области компенсируют друг друга, и в целом активная мощность не потребляется. Отрицательные значения означают, что мощность возвращается от потребителя к генератору. В течение одного периода энергия дважды возвращается от катушки (потребителя) к генератору. Общая энергия постоянно колеблется между генератором и потребителем. Это приводит к чистому потреблению реактивной мощности индуктивного или емкостного характера в зависимости от используемого компонента.Реактивная мощность обозначается Q и выражается в единицах Var .

Полная мощность:

Если нагрузка, включающая компоненты активного и реактивного сопротивления, подключена к переменному напряжению, возникают компоненты активной и реактивной мощности. Схема ниже демонстрирует это в случае индуктивной нагрузки, ток и напряжение которой сдвинуты по фазе на 60 °. Кривая мощности здесь в основном расположена выше оси времени.Серые области частично компенсируют друг друга и представляют компонент реактивной мощности, а зеленые области представляют активную мощность (или выполненную активную работу).

Умножение измеренных значений напряжения и сдвинутого по фазе тока дает здесь полную мощность S , которая выражается в вольт-амперах (ВА):

Кажущаяся мощность — это , а не мера преобразования электрической энергии в цепи, вместо этого она служит просто вычисляемой переменной, состоящей из активной и реактивной мощности.Соответственно, активная мощность P , показанная измерителем мощности (ваттметром) при наличии фазового сдвига между током и напряжением, всегда меньше, чем кажущаяся мощность S , вычисленная из среднеквадратичных значений тока и напряжения.

Идентификация и обнаружение элементов активного сопротивления

Идентификация и обнаружение элементов активного сопротивления

Сопротивление — один из самых распространенных и основных электронных компонентов.Электрическая энергия может быть распределена по каждому компоненту схемы для стабилизации и регулирования тока и напряжения схемы за счет поглощения электрической энергии резисторами .

В физике сопротивление используется для обозначения размера препятствия проводника току. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он препятствует прохождению тока. Значения сопротивления различных проводников и резисторов также отличаются от температурных.

Есть много видов резисторов. С развитием электронной техники появляется все больше новых резисторов.

1. По характеристике сопротивления

Его можно разделить на постоянные резисторы, регулируемые резисторы, специальные резисторы (чувствительные резисторы).

2. Согласно производственным материалам

Его можно разделить на резисторы с углеродной пленкой, резисторы с металлической пленкой, резисторы с проволочной обмоткой, безиндуктивные резисторы, пленочные резисторы и так далее.

По установке

Его можно разделить на вставные резисторы и чип-резисторы.

? Основные параметры резистора

1. Номинальное значение

Номинальное сопротивление резисторов называется номинальным значением. Единица — Q, K и MQ. Номинальные значения — это серия национальных стандартов, которые не откалиброваны производителем, но существуют для резисторов, а не для всех резисторов.

2. Допустимое отклонение

Фактическое сопротивление резистора называется допустимым отклонением, а максимально допустимое отклонение — номинальным значением.Код отклонения: J (SH 5%), K (SH 10%), I (+ 5%), II (см. 10%).

Номинальная мощность

Номинальная мощность — это мощность, потребляемая резистором при заданной температуре окружающей среды, при условии, что окружающий воздух не циркулирует в течение длительного времени без повреждения или принципиального изменения характеристик резистора. Распространенными являются W / 16, W / 8, W / 4, W / 2, 1W, 2W, 5W, 10W и т. Д.

параметр

(1) метод прямой маркировки

Прямая аннотация предназначена для маркировки основных параметров резисторов непосредственно на внешней поверхности резисторов.

Технология беспроводной сборки в основном используется в мощных резисторах, как показано на рисунках 1–1, более интуитивно понятна и легче читается.

(2) метод нумерации символов

Символьные символы представляют собой комбинации цифр и слов. Число перед маркером на внешней поверхности резистора представляет собой целочисленное значение сопротивления L резистора, а число за буквенным символом указывает препятствие за десятичной точкой; единица измерения определяется символьным символом.Он в основном применяется к резисторам большой мощности, что более интуитивно понятно и легко читается, как показано на Рисунке 1-2. 5W0.25JRJ720.252K7 + 20%

(3) Метод с цветовой кодировкой

Цветовой код — это метод обозначения номинального сопротивления и допустимого отклонения на поверхности резисторов кольцами разного цвета. Он в основном применяется к маленьким цилиндрическим резисторам, четко обозначенным, легко читаемым и числовым.

Лучший персональный онлайн-тренер — Active Resistance Training®, Терри Уолш

A.R.T.® Prescriptives: Trouble Zones — 99,95 долл. США

ШЕСТЬ тренировок по зонам неисправности ДОСТУПНЫ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ. Купите серию и получите шестую тренировку бесплатно!

Нажмите здесь, чтобы загрузить сейчас!

У каждой женщины есть части тела, которыми она недовольна. В результате мы иногда чувствуем, что этим областям требуется дополнительное внимание. Следовательно, эти тренировки предназначены для тех, кто хочет работать над тем, что они считают проблемными зонами. Эти интенсивные тренировки для вас!

Программа тренировок для новобрачных

Или вы ищете план тренировок для новобрачных? Кроме того, вы можете думать об этом как о своем Набор инструментов для свадебного плана тренировок .Эти тренировки были успешно применены ко всем невестам Терри с момента их выпуска и являются экономичным решением при ограниченном бюджете. Другими словами, вы не должны попадать в финансовую яму, готовясь к свадьбе.

Превратите проблемные зоны в уверенность!

На основе метода Active Resistance Training® Терри Уолш. Созданные для ненасытных энтузиастов упражнений, эти интенсивные тренировки для проблемных зон формируют, тонизируют и укрощают уникальную ситуацию каждой женщины.Во-первых, каждая тренировка — это целенаправленный «рецепт» для уточнения, балансировки, ужесточения, исправления и восстановления баланса. Во-вторых, это проверенный и утвержденный план тренировок невесты! Прежде всего, каждая женщина должна чувствовать себя уверенно даже в том, что она считает своими «проблемными зонами», и выглядеть лучше всех каждый день.

Наклонение: руки и плечи — 60 мин
Наклонение: спина и задняя часть талии — 60 мин
Наклонение: пресс — 60 мин
Наклонение: внутренняя часть бедра — 60 мин
Наклонение: внешнее бедро — 60 мин
Наклонение: ягодицы — 68 мин

Каждая из этих тренировок для проблемных зон длится полные 60 минут и проводится без музыки.Рекомендуется: Радиостанция Itunes Abacus.fm Beethoven One.

Сделайте все 60 минут в выбранной вами Т-зоне или используйте их как «надстройки», когда вам нужно больше внимания. Их легко разбить на последовательности, так что вы можете настроить свой опыт.

Снаряжение: голеностопный сустав, гантели 1–3 фунта, шланг, два блока для йоги.

Сопротивление резистора. Анализ резистивных цепей переменного тока

Сопротивление того же проводника переменному току будет более чем постоянным.

Это связано с явлением так называемого поверхностного эффекта, который заключается в том, что переменный ток перемещается от центральной части проводника к периферийным слоям. В результате плотность тока во внутренних слоях будет меньше, чем во внешних. Таким образом, при переменном токе сечение проводника используется не полностью. Однако на частоте 50 Гц разница сопротивлений постоянному и переменному току незначительна и на практике ею можно пренебречь.

Сопротивление проводника постоянному току называется омическим, а переменному току — активным сопротивлением.

Омическое и активное сопротивление зависит от материала (внутренней структуры), геометрических размеров и температуры проводника. Кроме того, в катушках со стальным сердечником на величину активного сопротивления влияют потери в стали (далее для самообучения).

Активные сопротивления включают электрические лампы накаливания, электрические печи сопротивления, различные нагревательные устройства, реостаты и провода, в которых электрическая энергия почти полностью преобразуется в тепло.

Если в цепи переменного тока присутствует только резистор R, лампа накаливания, электронагреватель и т. Д.), На которое подается переменное синусоидальное напряжение и (рис. 1-5, а):

, то ток i в цепи будет определяться величиной этого сопротивления:

где — амплитуда тока; в этом случае ток i и напряжение и совпадают по фазе. Обе эти величины, как видно, могут быть представлены на временной (рис. 1-5, б) и векторной (1-5, в) диаграммах.Теперь установим, как изменяется мощность в любой момент времени — мгновенная мощность, которая характеризует скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии в данный момент

где IU — произведение текущих значений тока и напряжения.

Из полученного следует, что мощность в течение периода остается положительной и пульсирует с удвоенной частотой. Графически это можно представить, как показано на рисунке 1-6.В этом случае электрическая энергия необратимо преобразуется, например, в тепло, независимо от направления тока в цепи.

Помимо мгновенного значения мощности, также выделяется средняя мощность за период:

, но поскольку второй интеграл равен нулю, окончательно имеем:

Средняя мощность переменного тока за период называется активной мощностью, а соответствующее сопротивление — активным.

Средняя мощность и активное сопротивление связаны с безвозвратным преобразованием электрической энергии в другие формы энергии.Активное сопротивление электрической цепи не ограничивается

сопротивлением проводников, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло. Это понятие гораздо шире, поскольку средняя мощность электрической цепи равна сумме мощностей всех видов энергии, получаемой из электрической энергии во всех частях цепи (тепловой, механической и т. Д.).

Из полученных соотношений следует, что

, который представляет собой математическое обозначение закона Ома для цепи переменного тока с активным сопротивлением.

Импеданс, или импеданс, характеризует сопротивление цепи переменному электрическому току. Это значение измеряется в омах. Для расчета импеданса цепи необходимо знать значения всех активных сопротивлений (резисторов) и импеданса всех катушек индуктивности и конденсаторов, входящих в эту цепь, и их значения меняются в зависимости от того, как протекает ток. Проходящие по схеме изменения. Импеданс можно рассчитать по простой формуле.

Формулы

1. Импеданс Z = R или X l или X c (при его наличии)
2. Импеданс (последовательное соединение) Z = √ (R 2 + X 2) (если присутствуют R и один тип X)
3. Импеданс (последовательное соединение) Z = √ (R 2 + (| X L — X C |) 2) (если присутствуют R, X L, X C)
4. Импеданс (любое соединение) = R + jX (j — мнимое число √ (-1))
5. Сопротивление R = I / ΔV
6. Индуктивность X L = 2πƒL = ωL
7. Емкость X C = 1 / 2πƒL = 1 / ωL

Ступени

Часть 1

Расчет активного и реактивного сопротивления

Импеданс обозначается буквой Z и измеряется в омах (Ом). Вы можете измерить полное сопротивление электрической цепи или отдельного элемента. Импеданс характеризует сопротивление цепи переменному электрическому току. Есть два типа сопротивления, которые влияют на импеданс:

• Активное сопротивление (R) зависит от материала и формы элемента. Резисторы имеют наибольшее активное сопротивление, но другие элементы схемы имеют небольшое активное сопротивление.
• Реактивное сопротивление (X) зависит от величины электромагнитного поля.Катушки индуктивности и конденсаторы имеют самое высокое реактивное сопротивление.

Сопротивление — фундаментальная физическая величина, описываемая законом Ома: ΔV = I * R. Эта формула позволяет вычислить любое из трех значений, если вы знаете два других. Например, для расчета сопротивления перепишите формулу следующим образом: R = I / ΔV. Также можно использовать мультиметр.

• ΔV — напряжение (разность потенциалов), измеренное в вольтах (В).
• I — сила тока, измеряемая в амперах (А).
• R — сопротивление, измеренное в Ом (Ом).

Реактивное сопротивление возникает только в цепях переменного тока. Как и сопротивление, реактивное сопротивление измеряется в омах (Ом). Есть два типа реактивного сопротивления:

Рассчитайте индуктивность. Это сопротивление прямо пропорционально скорости изменения направления тока, то есть его частоте. Эта частота обозначена и измеряется в герцах (Гц).Формула для расчета индуктивного сопротивления: X L = 2πƒL , ​​где L — индуктивность, измеренная в генри (Гн).

Рассчитайте емкость. Это сопротивление обратно пропорционально скорости изменения направления тока, то есть его частоте. Формула для расчета емкости: X C = 1 / 2πƒC . C — емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф).

• Можно.
• Эту формулу можно переписать так: X C = 1 / ωL (см. Пояснение выше).

Часть 2

Расчет импеданса

1. Если схема состоит только из резисторов, то полное сопротивление рассчитывается следующим образом. Сначала измерьте сопротивление каждого резистора или посмотрите значения сопротивления на принципиальной схеме.

   • Если резисторы соединены последовательно, то полное сопротивление R = R 1 + R 2 + R 3…
   • Если резисторы соединены параллельно, то полное сопротивление R = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 …

2. Добавьте такое же реактивное сопротивление. Если в цепи используются исключительно катушки индуктивности или исключительно конденсаторы, то полное сопротивление равно сумме реактивных сопротивлений. Рассчитайте это следующим образом:

   • Последовательное соединение катушек: X итого = X L1 + X L2 + …
   • Последовательное соединение конденсатора: C итого = X C1 + X C2 +…
   • Параллельное соединение катушек: X всего = 1 / (1 / X L1 + 1 / X L2 …)
   • Параллельное подключение конденсатора: C итого = 1 / (1 / X C1 + 1 / X C2 …)

Сопротивление, оказываемое проводником переменному току, проходящему через него, называется активным сопротивлением .

Если какой-либо потребитель не содержит индуктивности и емкости (лампа накаливания, нагревательное устройство), то он также будет активным сопротивлением для переменного тока.

Активное сопротивление зависит от частоты переменного тока, увеличиваясь с ее увеличением.

Однако многие потребители обладают индуктивными и емкостными свойствами, когда через них проходит переменный ток. К таким потребителям относятся трансформаторы, дроссели, электромагниты, конденсаторы, разного рода провода и многие другие.

При прохождении через них переменный ток должен считаться не только активным, но и реактивным сопротивлением в связи с наличием у потребителя индуктивных и емкостных свойств у него.

Активное сопротивление определяет действительную часть импеданса:

Где — импеданс, — это значение активного сопротивления, — это значение реактивного сопротивления, — это мнимая единица.

Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или ее участка вследствие необратимых преобразований электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию)

Реактивное сопротивление — электрическое сопротивление за счет передачи энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и наоборот).

Значение реактивного сопротивления можно выразить через индуктивное и емкостное сопротивление:

Значение полного реактивного сопротивления

Индуктивность () из-за возникновения ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи.

Емкость ().

Вот циклическая частота

Полное сопротивление цепи при переменном токе:

z =

√

г 2 + х 2

=

√

r 2 + (x L — x C) 2

Билет № 12.

1. 1) Согласование генератора с нагрузкой — , ​​обеспечивающее необходимое значение активного эквивалентного сопротивления нагрузки генераторной лампы R e при всех возможных значениях входного сопротивления антенного фидера, которое зависит от по волновому сопротивлению и коэффициенту бегущей волны ( KBV)

Координация (в электронике) сводится к правильному выбору сопротивлений генератора (источника), линии передачи и приемника (нагрузки).Идеального согласования (в электронике) между линией и нагрузкой можно добиться, если волновое сопротивление линии r равно импедансу нагрузки Zh = RH + j XN, либо когда RH = r и XH = 0, где RH — активная часть импеданса, XH — его реактивная часть. В этом случае в передающей линии задается режим бегущей волны и характеризующий их коэффициент стоячей волны (КСВ) равен 1. Для линии с незначительными потерями электрической энергии Координация и, благодаря ей, наиболее эффективная. Передача энергии от генератора к нагрузке достигается при условии, что полное сопротивление нагрузки Zr и ZH является комплексно сопряженным, т.е.е., Zr = Z * H, или Rr = r = R H = Xr — XH. В этом случае реактивное сопротивление цепи равно нулю, и выполняются условия резонанса, которые способствуют эффективности радиосистем (улучшается использование частотных диапазонов, повышается помехозащищенность, частотные искажения радиосигналов и т. Д.). Оценка качества Координация (в электронике) осуществляется путем измерения коэффициента отражения и КСВ. На практике гармонизация (в электронике) считается оптимальной, если КСВ в рабочей полосе частот не превышает 1.2-1.3 (в средствах измерений 1.05). В некоторых случаях косвенными показателями согласованности (в электронике) могут быть реакция параметров генератора (частота, мощность, уровень шума) на изменение нагрузки, наличие электрических пробоев в линии и нагрев отдельных участков линии.

В этом режиме работы приемник излучает максимальную мощность, равную половине мощности источника. В этом случае K.P.D. = 0,5. Этот режим используется в измерительных схемах, устройствах связи.

При передаче больших мощностей, например, по высоковольтным линиям электропередачи, работа в согласованном режиме, как правило, недопустима.

Активное сопротивление зависит от материала, поперечного сечения и температуры. Активное сопротивление вызывает тепловые потери проводов и кабелей. Это определяется материалом токоведущих проводов и их площадью поперечного сечения.

Различают сопротивление проводов постоянному току (омическое) и переменному току (активное).Активное сопротивление больше активного ( R a> R Ом) из-за поверхностного эффекта. Переменное магнитное поле внутри проводника вызывает противоэлектродвижущую силу, за счет которой ток перераспределяется по поперечному сечению проводника. Ток из его центральной части вытесняется на поверхность. Таким образом, ток в центральной части провода меньше, чем у поверхности, то есть сопротивление провода увеличивается по сравнению с омическим. Поверхностный эффект резко проявляется при токах высокой частоты, а также в стальных проволоках (из-за высокой магнитной проницаемости стали).

Для линий электропередач из цветных металлов поверхностное влияние на промышленных частотах незначительно. Следовательно, R a ≈ R Ом

Обычно влиянием температурных колебаний на R и проводник в расчетах пренебрегают. Исключение составляют тепловые расчеты проводников. Пересчет значения сопротивления производится по формуле:

где R 20 — активное сопротивление при температуре 20 оС;

текущее значение температуры.

Активное сопротивление зависит от материала проводника и сечения:

где ρ — удельное сопротивление, Ом мм 2 / км;

l — длина кондуктора, км;

F — сечение жилы, мм 2.

Сопротивление одного километра жилы называется линейным сопротивлением:

где — удельная проводимость материала проводника, км См / мм 2.

Для меди γ Cu = 53 × 10 -3 км См / мм2, для алюминия γ Al = 31,7 × 10 -3 км См / мм2.

На практике значение r 0 определяется по соответствующим таблицам, где они указаны для t 0 = 20 0 С.

Рассчитано значение активного сопротивления участка сети:

R = r 0 × l .

Активное сопротивление стальной проволоки намного более омическое из-за поверхностного эффекта и наличия дополнительных гистерезисных потерь (перемагничивание) и вихревых токов в стали:

r 0 = r 0post + r 0dop

где r 0post — омическое сопротивление одного километра провода;

r 0dop — активное сопротивление, которое определяется переменным магнитным полем внутри проводника, r 0dop = r 0 поверхности.ef + r 0 регистр. + r Vortex

Изменение активного сопротивления стальных проводников показано на рисунке 4.1.

При малых токах индукция прямо пропорциональна току. Следовательно, r 0 увеличивается. Далее идет магнитное насыщение: индукция и 0 практически не меняется. При дальнейшем увеличении тока r 0 уменьшается из-за уменьшения магнитной проницаемости стали ( m ).

12.5 Организационные изменения — основы лидерства

Цели обучения

1. Определите внешние силы, создающие изменения со стороны организаций.
2. Понять, как организации реагируют на изменения во внешней среде.
3. Поймите, почему люди сопротивляются переменам.

Почему меняются организации?

Организационные изменения — это движение организации от одного состояния дел к другому.Организационные изменения могут принимать разные формы. Это может включать изменение структуры, стратегии, политики, процедур, технологий или культуры компании. Изменения могут быть запланированы на годы вперед или могут быть навязаны организацией из-за изменений в окружающей среде. Организационные изменения могут быть радикальными и изменять способ работы организации, или могут быть постепенными и постепенно менять способ работы. В любом случае, независимо от типа, изменение подразумевает отказ от старых способов выполнения работы и приспособление к новым способам.Следовательно, по сути, это процесс, который предполагает эффективное управление людьми.

Демография персонала

Рисунок 12.11

Организации изменяются в ответ на изменения в их среде. Одно из текущих изменений — демография рабочей силы.

Организационные изменения часто являются реакцией на изменения в окружающей среде. Например, по оценкам Министерства труда США и Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) возраст рабочей силы растет (Lerman & Schmidt, 2006).Что это значит для компаний? Организации могут осознавать, что по мере того, как персонал становится старше, типы льгот, которые они предпочитают, могут измениться. Такие механизмы работы, как гибкий график работы и разделение работы, могут стать более популярными, поскольку сотрудники остаются в составе рабочей силы даже после выхода на пенсию. Поскольку персонал быстро стареет, также становится возможным, что сотрудники, недовольные своей текущей рабочей ситуацией, предпочтут уйти на пенсию, что приведет к внезапной потере ценных знаний и опыта со стороны организаций.Следовательно, организациям придется разработать стратегии для удержания этих сотрудников и спланировать их выход на пенсию. Наконец, важнейшей проблемой является поиск способов борьбы со стереотипами, связанными с возрастом, которые действуют как барьеры на пути удержания этих сотрудников.

Технологии

Иногда изменения мотивируются быстрым развитием технологий . Закон Мура (предсказание Гордона Мура, соучредителя Intel Corporation) гласит, что общая сложность компьютерных схем будет удваиваться каждые 18 месяцев без увеличения стоимости (Закон Мура, 2008).Такие изменения побуждают корпорации быстро менять свои технологии. Иногда технологии приводят к настолько серьезным изменениям, что компаниям трудно адаптироваться. Недавний пример — из музыкальной индустрии. Когда в 1980-х годах впервые появились компакт-диски, они были гораздо более привлекательными, чем традиционные пластинки. Звукозаписывающие компании легко смогли удвоить цены, даже несмотря на то, что производство компакт-дисков стоило намного меньше стоимости производства пластинок. В течение десятилетий компании-производители звукозаписей извлекали выгоду из этого статус-кво.Тем не менее, когда одноранговый обмен файлами с помощью таких программ, как Napster и Kazaa, поставил под угрозу основу их бизнеса, компании музыкальной индустрии оказались совершенно не готовы к таким революционным технологическим изменениям. Их первым ответом было подать в суд на пользователей программ для обмена файлами, иногда даже на несовершеннолетних. Они также продолжали искать технологию, которая сделала бы невозможным копирование компакт-дисков или DVD, которые еще не появились. До тех пор, пока iTunes от Apple Inc. не предложила новый способ продажи музыки в Интернете, было сомнительно, что потребители когда-либо захотят платить за музыку, которая в противном случае была доступна бесплатно (хотя и незаконно).Только время покажет, сможет ли отрасль адаптироваться к навязанным ей изменениям (Lasica, 2005).

Рисунок 12.12

Рэй Курцвейл расширил закон Мура с интегральных схем на более ранние транзисторы, электронные лампы, реле и электромеханические компьютеры, чтобы показать, что его тенденция сохраняется и в этом направлении.

Глобализация

Глобализация — еще одна угроза и возможность для организаций, зависящая от их способности адаптироваться к ней.Организации обнаруживают, что в одних странах производство товаров и оказание услуг зачастую обходится дешевле, чем в других. Это побудило многие компании использовать производственные мощности за рубежом, причем популярным направлением был Китай. Некоторое время считалось, что интеллектуальная работа безопасна для аутсорсинга, но теперь мы также видим, что многие сервисные операции перемещаются в места с более низкой заработной платой. Например, многие компании передали разработку программного обеспечения на аутсорсинг в Индию, при этом индийские компании, такие как Wipro Ltd.и Infosys Technologies Ltd. становятся мировыми гигантами. Учитывая эти изменения, понимание того, как управлять глобальной рабочей силой, является необходимостью. Многие компании понимают, что аутсорсинг вынуждает их работать в институциональной среде, которая радикально отличается от той, к которой они привыкли дома. Преодоление стресса сотрудников, вызванного перемещением рабочих мест за границу, переподготовка персонала и обучение конкуренции с глобальной рабочей силой в глобальном масштабе — это изменения, с которыми компании пытаются справиться.

Условия рынка

Изменения рыночных условий также могут вызвать изменения, поскольку компании пытаются приспособиться. Например, на момент написания этой статьи отрасль авиаперевозок в США претерпевает серьезные изменения. Спрос на авиаперелеты снизился после терактов 11 сентября. Кроме того, широкое использование Интернета для бронирования авиабилетов сделало возможным сравнивать цены на авиабилеты гораздо более эффективно и легко, что побудило авиакомпании конкурировать в первую очередь на основе затрат.Эта стратегия, похоже, дала обратный эффект в сочетании с резким увеличением стоимости топлива. В результате авиакомпании сокращают удобства, которые десятилетиями считались само собой разумеющимися, такие как стоимость билета, включая питание, напитки и проверку багажа. Некоторые авиакомпании, такие как Delta Air Lines Inc. и Northwest Airlines Inc., объединились, чтобы справиться с этой ситуацией, и переговоры о других слияниях в этой отрасли продолжаются.

Как изменение окружающей среды вызывает изменения в организации? Обратите внимание, что изменение окружающей среды не влияет автоматически на способ ведения бизнеса.Будет ли организация меняться в ответ на экологические вызовы и угрозы, зависит от реакции лиц, принимающих решения, на происходящее в окружающей среде.

Организационный рост

Рисунок 12.13

В 1984 году братья Курт и Роб Видмер основали компанию Widmer Brothers, которая в настоящее время является 11-й по величине пивоварней в США.

Когда-то небольшие начинающие компании растут, если они успешны.Примером такого роста является эволюция пивоваренной компании Widmer Brothers Brewing Company, которая начинала как два брата, которые варили пиво в своем гараже, и стала 11-й по величине пивоварней в Соединенных Штатах. Этот рост произошел с течением времени, поскольку популярность их ключевого продукта — Hefeweizen — росла; Компания была вынуждена расширяться, чтобы удовлетворить спрос, увеличившись с 2 основателей до 400 сотрудников в 2008 году после того, как Widmer Brothers объединились с Redhook Ale Brewery и стали Craft Brewers Alliance Inc. Вновь созданная компания имеет пять основных отделов, включая операции, продажи, маркетинг и Финансы и Розница, которые подчиняются генеральному директору.Anheuser-Busch Companies Inc. по-прежнему владеет миноритарной долей в обеих пивоваренных компаниях. Таким образом, в то время как 50% всех новых малых предприятий терпят неудачу в первый год (Get ready, 2008), те, кто добивается успеха, часто со временем превращаются в крупные и сложные организации.

Низкая производительность

Изменения более вероятны, если компания работает плохо и если существует предполагаемая угроза со стороны окружающей среды. На самом деле, компаниям с плохой производительностью зачастую легче изменить ситуацию по сравнению с успешными компаниями.Почему? Высокая производительность на самом деле ведет к самоуверенности и инерции. В результате успешные компании часто продолжают делать то, что изначально сделало их успешными. Когда дело доходит до взаимосвязи между производительностью компании и организационными изменениями, поговорка «нет ничего лучше успеха, чем успех». Например, Polaroid Corporation была производителем фотопленок и фотоаппаратов номер один в 1994 году. Компания объявила о банкротстве менее чем за десять лет, будучи неспособной адаптироваться к быстрому развитию технологий 1-часовой обработки фотографий и цифровой фотографии.Успешные компании, которым удается измениться, имеют особые методы, позволяющие держать организацию открытой для изменений. В качестве примера Nokia считает важным периодически менять точку зрения ключевых лиц, принимающих решения. Для этого они меняют руководителей предприятий на разные должности, чтобы дать им свежий взгляд. Помимо успеха бизнеса, смена высшего руководства компании является мотиватором изменений на уровне организации. Исследования показывают, что руководители с многолетним опытом вряд ли изменят свою формулу успеха.Вместо этого новые генеральные директора и новые команды высшего руководства вносят изменения в культуру и структуру компании (Barnett & Carroll, 1995; Boeker, 1997; Deutschman, 2005).

Сопротивление переменам

Изменение организации часто необходимо для сохранения конкурентоспособности компании. Отсутствие изменений может повлиять на способность компании выжить. Однако сотрудники не всегда приветствуют изменения в методах работы. Согласно опросу 2007 года, проведенному Обществом управления человеческими ресурсами (SHRM), сопротивление изменениям является одной из двух основных причин, по которым усилия по изменению терпят неудачу.Фактически, реакция на организационные изменения может варьироваться от сопротивления подчинению до восторженного сторонника изменений, причем последнее является скорее исключением, чем нормой (Change management, 2007; Huy, 1999).

Рисунок 12.14

Реакция на изменения может принимать разные формы.

Активное сопротивление — это наиболее негативная реакция на предложенную попытку изменения. Те, кто оказывает активное сопротивление, могут саботировать усилия по изменению и открыто возражать против новых процедур.Напротив, пассивное сопротивление включает в себя беспокойство из-за изменений без обязательного выражения этих мнений. Вместо этого пассивные сопротивляющиеся могут спокойно не любить перемены, чувствовать стресс и недовольство и даже искать альтернативную работу, не обязательно доводя свою точку зрения до лиц, принимающих решения. С другой стороны, соблюдение требований предполагает принятие предложенных изменений без особого энтузиазма. Наконец, те, кто с энтузиазмом поддерживают, являются защитниками нового пути и на самом деле побуждают окружающих оказывать поддержку усилиям по изменению.

Любая попытка изменений должна будет преодолеть сопротивление со стороны людей, чтобы добиться успеха. В противном случае результатом будет потеря времени и энергии, а также неспособность организации адаптироваться к изменениям в окружающей среде и повысить эффективность своей деятельности. Сопротивление переменам также имеет негативные последствия для людей, о которых идет речь. Исследования показывают, что, когда люди негативно реагируют на организационные изменения, они испытывают негативные эмоции, чаще проводят больничный и с большей вероятностью добровольно уйдут из компании (Fugate, Kinicki, & Prussia, 2008).

Ниже приводится наглядный пример того, как сопротивление переменам может помешать улучшению статус-кво. Вы когда-нибудь задумывались, почему буквы на клавиатуре расположены именно так? Клавиатура QWERTY, названная в честь первых шести букв в верхнем ряду, на самом деле была разработана, чтобы замедлить нашу работу. Первые прототипы клавиатуры пишущей машинки могли заклинивать, если нажимать клавиши, расположенные рядом друг с другом, одновременно. Поэтому производителям было важно замедлить скорость набора текста. Они достигли этого, поместив наиболее часто используемые буквы в левую часть и разбросав наиболее часто используемые буквы по всей клавиатуре.Позже проблема с застреванием писем была решена. Фактически, альтернатива QWERTY, называемая клавиатурой Дворжака, обеспечивает гораздо более эффективный дизайн и позволяет людям удвоить традиционную скорость набора текста. Однако сдвига так и не произошло. Причины? Большое количество людей сопротивлялось изменениям. Учителя и машинистки сопротивлялись, потому что теряли специализированные знания. Производители сопротивлялись из-за затрат, связанных с переключением, и изначальной неэффективности процесса обучения (Diamond, 2005).Короче говоря, лучшая идея не обязательно побеждает, а изменение людей требует понимания того, почему они сопротивляются.

Рисунок 12.15

Клавиатура Дворжака имеет более эффективный дизайн по сравнению с клавиатурой QWERTY. Из-за сопротивления машинисток, производителей и учителей он так и не получил широкого распространения.

Почему люди сопротивляются переменам?

Нарушенные привычки

Люди часто сопротивляются переменам по той простой причине, что они разрушают наши привычки.Вы думаете о том, как вы ведете машину, когда едете? В большинстве случаев, вероятно, нет, потому что вождение, как правило, через некоторое время становится автоматическим занятием. Иногда вы даже можете осознавать, что достигли пункта назначения, не замечая дороги, по которой вы ехали, или сознательно не задумываясь о каких-либо движениях своего тела. А теперь представьте, что вы зарабатываете себе на жизнь за рулем, и хотя вы привыкли водить машину с автоматической коробкой передач, теперь вы вынуждены использовать рычаг переключения передач. Скорее всего, вы сможете понять, как управлять палкой, но это займет время, и пока вы не разберетесь, вы не сможете управлять автопилотом.Вам придется переконфигурировать движения своего тела и практиковаться в переключении, пока вы не станете в этом хорошо. Вы можете обнаружить, что по этой простой причине люди иногда удивительно откровенны, когда сталкиваются с простыми изменениями, такими как обновление до более новой версии определенного программного обеспечения или изменение в их системе голосовой почты.

Личность

Некоторые люди более устойчивы к изменениям, чем другие. Исследования показывают, что люди с позитивной самооценкой лучше справляются с изменениями, вероятно, потому, что те, у кого высокая самооценка, могут чувствовать, что какими бы ни были изменения, они, скорее всего, хорошо к ним приспособятся и добьются успеха в новой системе. .Люди с более позитивной самооценкой и более оптимистичные люди также могут рассматривать изменения как возможность проявить себя, а не как всепоглощающую угрозу. Наконец, толерантность к риску — еще один показатель того, насколько человек будет устойчив к стрессу. Для людей, избегающих риска, возможность изменения технологии или структуры может быть более опасной (Judge et al., 1999; Wanberg & Banas, 2000).

Чувство неопределенности

Изменения неизбежно вызывают чувство неуверенности.Вы только что узнали, что ваша компания объединяется с другой. Как бы вы отреагировали? Такие изменения часто бывают бурными, и часто неясно, что произойдет с каждым человеком. Некоторые позиции могут быть устранены. Некоторые люди могут заметить изменение своих должностных обязанностей. Все может стать лучше, а может и хуже. Ощущения, что будущее неясно, достаточно, чтобы вызвать у людей стресс, потому что оно ведет к чувству потери контроля (Ashford, Lee, & Bobko, 1989; Fugate, Kinicki, & Prussia, 2008).

Страх неудачи

Рисунок 12.16

Одна из частых причин, по которой сотрудники сопротивляются изменениям, — это страх неудачи в новой системе.

Люди также сопротивляются изменениям, когда чувствуют, что новая система может повлиять на их работу. Люди, которые являются экспертами в своей работе, могут не приветствовать изменения, потому что они могут быть не уверены, продлится ли их успех при новой системе. Исследования показывают, что люди, которые считают, что они могут хорошо работать в новой системе, с большей вероятностью будут привержены предлагаемому изменению, в то время как те, кто менее уверен в своей способности действовать после изменений, менее привержены (Herold, Fedor, & Caldwell, 2007).

Влияние изменений на личность

Было бы слишком упрощенно утверждать, что люди сопротивляются всем изменениям, независимо от их формы. Фактически, люди, как правило, более приветствуют перемены, благоприятные для них на личном уровне (например, предоставление им большей власти над другими или изменение, улучшающее качество жизни, например, более крупные и красивые офисы). Исследования также показывают, что приверженность к изменениям наиболее высока, когда предлагаемые изменения затрагивают рабочее подразделение, оказывая незначительное влияние на выполнение отдельных работ (Fedor, Caldwell, & Herold, 2006).

Распространенность изменений

Любые изменения следует рассматривать в контексте всех других изменений, вносимых в компанию. Есть ли у компании история краткосрочных изменений? Если структура компании перешла от функциональной к продуктовой, географической и матричной за последние 5 лет, а высшее руководство снова вернется к функциональной структуре, следует ожидать определенного уровня сопротивления, потому что люди вероятно, будет утомлен в результате постоянных изменений.Более того, отсутствие истории успешных изменений может заставить людей скептически относиться к недавно запланированным изменениям. Поэтому рассмотрение истории изменений в компании важно для понимания того, почему люди сопротивляются. Кроме того, насколько велико запланированное изменение? Если компания рассматривает простой переход на новую компьютерную программу, такую ​​как внедрение Microsoft Access для управления базами данных, изменение может быть не таким обширным или стрессовым по сравнению с переходом на систему планирования ресурсов предприятия (ERP), такую ​​как SAP или PeopleSoft. , которые требуют значительных затрат времени и могут существенно повлиять на ведение бизнеса (Labianca, Gray, & Brass, 2000; Rafferty & Griffin, 2006).

Предполагаемая потеря мощности

Еще одна причина, по которой люди могут сопротивляться изменениям, заключается в том, что изменения могут повлиять на их власть и влияние в организации. Представьте, что ваша компания перешла на командную структуру, превратив руководителей в руководителей групп. В старой структуре руководители отвечали за прием на работу и увольнение всех, кто им подчинялся. По новой системе эта власть передана самой команде. Вместо того, чтобы отслеживать прогресс команды в достижении целей, работа лидера группы заключается в том, чтобы оказывать поддержку и наставлять команду в целом, а также обеспечивать, чтобы у команды был доступ ко всем ресурсам для ее эффективности.Учитывая потерю престижа и статуса в новой структуре, некоторые руководители могут сопротивляться предлагаемым изменениям, даже если для организации лучше работать с командами.

Таким образом, существует множество причин, по которым люди сопротивляются изменениям, которые могут помешать организации внести важные изменения.

Все ли сопротивление плохо?

В некоторых случаях сопротивление переменам может быть положительной силой. Фактически, сопротивление изменениям — ценный инструмент обратной связи, который нельзя игнорировать.Почему люди сопротивляются предлагаемым изменениям? Чувствуют ли они, что новая система работать не будет? Если да, то почему бы и нет? Прислушиваясь к мнению людей и учитывая их предложения в процессе изменений, можно добиться более эффективных изменений. Некоторые из самых преданных сотрудников компании могут быть самыми ярыми противниками изменений. Они могут опасаться, что организации, к которой они испытывают такую ​​сильную привязанность, угрожают запланированные изменения, и это изменение в конечном итоге нанесет вред компании.Напротив, люди, которые менее лояльны к организации, могут согласиться с предложенными изменениями просто потому, что они недостаточно заботятся о судьбе компании, чтобы противостоять изменениям. В результате, имея дело с теми, кто сопротивляется переменам, важно не обвинять их в отсутствии лояльности (Ford, Ford, & D’Amelio, 2008).

OB Toolbox: жизнь после сокращения

Организационные изменения иногда означают сокращение количества людей, работающих в компании, для повышения эффективности операций.Когда-нибудь в своей карьере вы можете столкнуться с этим болезненным, иногда травмирующим опытом. Что вы делаете, чтобы оправиться после сокращения?

• Спокойно . Легче сказать, чем сделать, но это случается с лучшими из нас. Помните, что это не ваша вина. Многие компании увольняют сотрудников во время сокращения, несмотря на их блестящие результаты, поэтому не принимайте это на свой счет.
• Не сердись . Когда вы слышите новости, убедитесь, что вы не выражаете свое разочарование таким образом, чтобы не сжечь мосты.Фактически, многие компании повторно нанимают уволенных работников или нанимают их в качестве внешних консультантов. Не говорите и не делайте в гневе того, что закрывает все двери. Помните, что во время сокращения компании часто вынуждены увольнять сотрудников, которых хочет оставить .
• Знай свои права . Получаете ли вы после этого выходное пособие? Собираетесь ли вы и дальше пользоваться некоторыми преимуществами? Оказывает ли компания помощь уволенным? Узнайте, что предлагается.Вы также можете попросить рекомендательное письмо от вашего бывшего начальника, чтобы помочь вам с поиском работы.
• Подумайте о своей идеальной работе . Вы в правильном направлении? Есть ли у вас все навыки и образование, необходимые для работы в нужной области? Некоторые люди будут рассматривать увольнение как время, чтобы довольствоваться любой новой работой, но это может быть неэффективной долгосрочной стратегией. Вместо этого представьте свою идеальную ситуацию и узнайте, что вы можете сделать для ее достижения.
• Получить помощь .Есть много организаций и карьерных тренеров, предлагающих карьерную поддержку, советы и возможности установления контактов. Окружите себя позитивными людьми, которые вас поддерживают. Получение помощи может помочь вам стать более востребованным или просто оказать вам необходимую эмоциональную поддержку.
• Оттачивайте свое резюме и навыки поиска работы . Вам может быть полезно, чтобы кто-то другой вычитал ваше резюме и практиковался в собеседовании с вами.
• Не сдавайтесь! Однажды ты нашел работу, ты найдешь ее снова.Сохраняйте позитивный настрой, будьте терпеливы и не теряйте надежды.

Источники: Основано на информации из раздела Как получить максимальную отдачу от увольнения. (2008, ноябрь). Деньги , 37 (11), 132; Камберг, М. Л. (2000, май – июнь). Пережить взлеты и падения корпоративной реструктуризации. Женщины в бизнесе , 52 (3). Палмер, К. (24 марта 2008 г.). Возобновите свою карьеру. U.S. News & World Report , 144 (9). Вайнштейн, Б. (29 сентября 2008 г.).Сокращение штатов 102: Когда это случится с вами. Деловая неделя в Интернете . Получено 25 октября 2008 г. с веб-сайта http://www.businessweek.com/managing/content/sep2008/ca20080926_140228.htm.

Эффективное планирование и выполнение изменений

Рисунок 12.17

Трехэтапный процесс изменения Левина подчеркивает важность подготовки или размораживания перед изменением и закрепления изменений после него или повторного замораживания.

Как вы эффективно планируете, организуете и осуществляете изменения? Одной из наиболее полезных структур в этой области является трехступенчатая модель планируемых изменений Курта Левина (Lewin, 1951).Предполагается, что изменение встретит сопротивление. Следовательно, внесение изменений без предварительной подготовки может привести к сбою. Вместо этого организациям следует начать с размораживания или проверки того, что члены организации готовы и восприимчивы к изменениям. Затем следует изменение или выполнение запланированных изменений. Наконец, повторное замораживание включает обеспечение того, чтобы изменения стали постоянными, а новые привычки, правила или процедуры стали нормой. Джон Коттер, профессор Гарвардского университета, в 1996 году написал книгу под названием Leading Change , в которой он обсудил восемь шагов к изменению организации (Kotter, 1996).В следующем разделе мы объединяем две модели с более поздними работами в этой области, чтобы представить дорожную карту того, как организации могут захотеть приблизиться к изменениям.

Размораживание перед заменой

Многие попытки изменений терпят неудачу, потому что люди недостаточно подготовлены к изменениям. Когда сотрудники не подготовлены, они с большей вероятностью будут сопротивляться усилиям по изменениям и с меньшей вероятностью будут эффективно работать в новой системе. Что могут сделать организации перед изменениями для подготовки сотрудников? На этом этапе важен ряд вещей.

Создайте видение перемен

В успешных усилиях по изменениям у лидера есть общее видение изменений (Herold et al., 2008). Когда это видение является захватывающим и рисует картину будущего, частью которого сотрудники будут гордиться, люди, вероятно, будут более привержены переменам. Например, Toyota — мастер кайдзен или постоянное совершенствование. Они также следуют философии какушин или революционных изменений, если это необходимо. Независимо от характера конкретного изменения, существует общее видение компании, которое оправдывает и объясняет, почему изменения необходимы «для создания автомобиля мечты будущего» (Stewart & Raman, 2007).

Сообщение о плане изменений

Знают ли люди, что влечет за собой изменение, или они слышат о запланированных изменениях из виноградной лозы или офисных сплетен? Когда сотрудники знают, что произойдет, когда и почему, они могут побороть свой дискомфорт с помощью перемен. Исследования показывают, что те, у кого есть более полная информация о предстоящих изменениях, более привержены их усилиям (Wanberg & Banas, 2000).

Обеспечение того, чтобы высшее руководство сообщало сотрудникам о предстоящих изменениях, также имеет символическое значение (Арменакис, Харрис и Моссхолдер, 1993).В любой организации ежедневно происходит множество изменений, некоторые из которых укореняются, а некоторые исчезают через короткое время. Когда высшее руководство и генеральный директор компании обсуждают важность изменений на встречах, сотрудникам предоставляется повод верить, что это изменение является стратегической инициативой. Например, при изменении системы служебной аттестации генеральный директор Kimberly-Clark Corporation обязательно упоминал новую систему на всех встречах с сотрудниками, указывая, что изменение было поддержано генеральным директором.

Развивайте чувство срочности

Люди с большей вероятностью примут перемены, если они почувствуют, что в них есть необходимость. Если сотрудники чувствуют, что их компания преуспевает, потребность в изменениях будет меньше. Тем, кто планирует изменения, необходимо будет доказать, что существует внешняя или внутренняя угроза конкурентоспособности, репутации или иногда даже ее выживанию организации, а бездействие будет иметь ужасные последствия. Например, Лу Герстнер, бывший генеральный директор IBM, успешно преобразовал компанию.В своей биографии Elephants Can Dance он подчеркивает, как он достиг сотрудничества, следующим образом: «Нашим самым большим союзником в избавлении от прошлого был выдающийся крах IBM. Вместо того, чтобы идти с обычным порывом сделать счастливое лицо, я решил держать кризис в центре внимания. Я не хотел терять чувство безотлагательности »(Герстнер, 2002; Коттер, 1996).

Создание коалиции

Чтобы убедить людей в необходимости перемен, лидер изменений не обязательно должен убеждать каждого человека индивидуально.Фактически, на мнение людей об изменениях влияют лидеры мнений или те люди, которые имеют сильное влияние на поведение и отношение других (Burkhardt, 1994; Kotter, 1995). Вместо того, чтобы пытаться привлечь всех одновременно, может быть более полезным убедить и подготовить лидеров мнений. Как только эти люди согласятся, что изменения необходимы и будут полезны, они станут полезными союзниками в обеспечении готовности остальной части организации к изменениям (Арменакис, Харрис и Моссхолдер, 1993).Например, Пол Пресслер, став генеральным директором Gap Inc. в 2002 году, инициировал усилия по изменению культуры в надежде создать ощущение идентичности среди многих брендов компании, таких как Banana Republic, Old Navy и Gap. Для этого руководство разделило сотрудников на группы вместо того, чтобы пытаться связаться со всеми сотрудниками одновременно. Gap Inc. начала с обучения руководителей высшего звена саммитам лидерства, которые, в свою очередь, сыграли важную роль в обеспечении сотрудничества оставшихся 150 000 сотрудников компании (Nash, 2005).

Обеспечить поддержку

Сотрудники должны чувствовать, что их потребности не игнорируются. Таким образом, руководство может подготовить сотрудников к изменениям, оказывая эмоциональную и инструментальную поддержку. Эмоциональная поддержка может быть в форме частого обсуждения изменений, поощрения сотрудников к высказыванию своих опасений и простого выражения уверенности в способности сотрудников эффективно работать в рамках новой системы. Инструментальная поддержка может быть в форме программы обучения сотрудников, чтобы они знали, как работать в новой системе.

Разрешить сотрудникам участвовать

Исследования показывают, что сотрудники, которые участвуют в усилиях по планированию изменений, обычно имеют более положительное мнение об изменении. Почему? У них будет возможность высказать свои опасения. Они могут сформировать усилия по изменению так, чтобы их проблемы были решены. Они будут лучше осведомлены о причинах изменений, альтернативах предлагаемым изменениям и почему выбранный вариант был лучше других. Наконец, они почувствуют свою причастность к планируемым изменениям и с большей вероятностью будут их поддерживать (Wanberg & Banas, 2000).Участие может быть более полезным, если оно начнется на более ранних этапах, предпочтительно, когда проблема еще не диагностирована. Например, предположим, что компания подозревает наличие проблем с качеством изготовления. Один из способов убедить сотрудников в том, что существует проблема, которую необходимо решить, — это попросить их отвечать на звонки клиентов по поводу качества продукции. Как только сотрудники ощутят проблему на собственном опыте, у них появится больше мотивации для ее решения.

Выполнение изменения

Второй этап трехступенчатой ​​модели изменений Левина — это выполнение изменений.На этом этапе организация реализует запланированные изменения в технологии, структуре, культуре или процедурах. Специфика того, как должно выполняться изменение, будет зависеть от типа изменения. Однако есть несколько советов, которые могут способствовать успеху изменения.

Продолжайте оказывать поддержку

В процессе изменений сотрудники могут испытывать сильный стресс. Они могут чаще совершать ошибки или испытывать неуверенность в своих новых обязанностях или должностных инструкциях.Руководство играет важную роль в помощи сотрудникам справиться с этим стрессом, проявляя поддержку, терпение и продолжая оказывать поддержку сотрудникам даже после завершения изменений.

Создавайте маленькие победы

В процессе изменений, если организация может создать историю небольших побед, принятие изменений будет более вероятным (Kotter, 1996; Reay, Golden-Biddle, & Germann, 2006). Если изменение является значительным по масштабу и до окупаемости еще далеко, сотрудники могут не осознавать, что изменения происходят в период трансформации.С другой стороны, если люди видят изменения, улучшения и успехи на своем пути, они будут вдохновлены и мотивированы продолжать усилия по внесению изменений. По этой причине разбивка предлагаемого изменения на фазы может быть хорошей идеей, поскольку это создает меньшие цели. Маленькие победы также важны для тех, кто планирует изменения, чтобы показать, что их идея находится на правильном пути. Успех на раннем этапе повышает доверие к планировщикам изменений, а неудачи на раннем этапе могут обернуться неудачей (Hamel, 2000).

Устранение препятствий

Когда предпринимаются усилия по внесению изменений, на пути может возникнуть множество препятствий.Могут быть ключевые люди, которые публично поддерживают усилия по изменению, молча подрывая запланированные изменения. Препятствия могут быть коренятся в структуре компании, существующих процессах или культуре. Задача руководства — выявлять, понимать и устранять эти препятствия (Kotter, 1995). В идеале эти препятствия должны быть устранены до внедрения изменения, но иногда возникают неожиданные препятствия, когда изменение уже началось.

Восьмиэтапный процесс внесения изменений Коттера

Профессор Гарвардской школы бизнеса Джон П.Коттер предложил компаниям следовать восьми этапам внедрения изменений. Вот краткое изложение предложенных им шагов.

1. Создайте ощущение срочности при внесении изменений.
2. Создайте коалицию.
3. Создайте видение перемен и сделайте изменение его частью.
4. Сообщите план изменений
5. Устранение препятствий для изменений
6. Создавайте маленькие победы
7. Сделано с учетом изменений
8. Сделайте изменения частью культуры.

Источник: Kotter, J. P. (1996). Ведущее изменение. Бостон, Массачусетс: Гарвардский бизнес. Школьная пресса.

Замораживание

После внедрения изменения долгосрочный успех изменений зависит от того, станет ли изменение частью культуры компании. Другими словами, пересмотренные способы мышления, поведения и выполнения должны стать рутиной. По этой причине руководство может сделать несколько вещей.

Публикация успеха

Чтобы сделать изменение постоянным, организация может извлечь выгоду из обмена результатами усилий по изменению с сотрудниками.Что было получено от внесенных изменений? Сколько денег сэкономила компания? Насколько улучшилась репутация компании? Насколько снизилось количество несчастных случаев после введения новых процедур? Обмен конкретными результатами с сотрудниками повышает их уверенность в том, что внесенное изменение было правильным решением.

Построено на основе предыдущих изменений

Как только результаты начинают поступать, важно воспользоваться импульсом, созданным этими ранними успехами, и подтолкнуть к еще большим изменениям.Здесь может быть хорошей идеей следовать философии постоянного совершенствования. Вместо того, чтобы заранее объявить о победе, компании рекомендуется постоянно улучшать методы ведения бизнеса.

Принятие изменения вознаграждения

Чтобы гарантировать, что изменение станет постоянным, организации могут получить выгоду от вознаграждения тех, кто поддерживает изменения. Вознаграждение не обязательно должно быть финансовым. Простой акт признания тех, кто поддерживает перемены в присутствии своих коллег, может побудить других присоединиться к ним.Когда ожидается, что новое поведение сотрудников (например, использование новой компьютерной программы, заполнение новой формы или просто приветствие покупателей при входе в магазин) становится частью системы вознаграждения организации, такое поведение с большей вероятностью будет воспринимаются всерьез и повторяются, что делает усилия по изменению успешными (Gale, 2003).

Сделайте изменения частью организационной культуры

Если усилия по изменениям увенчались успехом, изменения станут частью корпоративной культуры.Другими словами, помимо изменений в процедурах, процессах или технологиях, изменится и мышление людей. Если изменение происходит только в поверхностных элементах, было бы ошибкой объявлять изменение успешным. Например, если компания внедряет программу оздоровления, подчеркивающую здоровые привычки, вознаграждая сотрудников за выбор здорового образа жизни и предоставляя ресурсы для максимального улучшения здоровья, эти усилия по изменению будут считаться истинным успехом, если оценка здоровья и благополучия сотрудников также станет частью культура организации.Создание веб-сайта, печать буклетов и их распространение — все это инструменты, ведущие к этой цели, но достижение истинной цели также требует изменения укоренившихся предположений о том, что руководство и сотрудники ставят работу выше здоровья и благополучия сотрудников.

OB Toolbox: преодолейте сопротивление вашим предложениям

Вы чувствуете, что необходимы изменения. У вас есть отличная идея. Но окружающие не кажутся убежденными. Они сопротивляются вашей великой идее. Как добиться перемен?

• Слушайте скептиков .Вы можете подумать, что ваша идея великолепна, но выслушивание тех, кто сопротивляется, может дать вам ценные идеи о том, почему она может не работать и как ее разработать более эффективно.
• Является ли ваше изменение революционным ? Если вы пытаетесь кардинально изменить способ ведения дел, вы обнаружите, что сопротивление возрастает. Если ваше предложение предполагает постепенное улучшение ситуации, возможно, вам повезет больше.
• Вовлеките окружающих в планирование изменений . Вместо того, чтобы предлагать решения, сделайте их частью решения.Если они признают, что проблема существует, и будут участвовать в планировании выхода, вам придется действовать менее убедительно, когда придет время внедрять изменения.
• Есть ли у вас авторитет ? Когда вы пытаетесь убедить людей изменить свой образ жизни, полезно, если у вас есть история предложения реализуемых изменений. В противном случае вас могут проигнорировать или встретить с подозрением. Это означает, что вам необходимо завоевать доверие и всегда сдерживать обещания, прежде чем предлагать серьезные изменения.
• Представьте данные своей аудитории .Будьте готовы защитить технические аспекты своих идей и предоставить доказательства того, что ваше предложение, вероятно, будет работать.
• Апеллируйте к идеалам вашей аудитории . Сформируйте свое предложение вокруг общей картины. Собираетесь ли вы сделать клиентов более счастливыми? Приведет ли это к улучшению репутации компании? Определите долгосрочные цели, которые вы надеетесь достичь, и которые люди будут гордиться тем, что станут их частью.
• Разберитесь в причинах сопротивления . Ваша аудитория сопротивляется, потому что боится перемен? Означает ли предлагаемое вами изменение больше работы для них? Влияет ли это на них негативно? Понимание последствий вашего предложения для вовлеченных сторон может помочь вам адаптировать презентацию к вашей аудитории.

Источники: McGoon, C. (1995, март). Секреты построения влияния. Мир общения , 12 (3), 16; Мишельман, П. (2007, июль). Преодоление сопротивления изменениям. Harvard Management Update , 12 (7), 3–4; Стэнли, Т. Л. (2002, январь). Изменение: подход, основанный на здравом смысле. Надзор , 63 (1), 7–10.

Ключевые вынос

Организации изменяются в ответ на изменения в окружающей среде и в ответ на то, как лица, принимающие решения, интерпретируют эти изменения.Когда дело доходит до организационных изменений, одним из самых больших препятствий является сопротивление изменениям. Люди сопротивляются изменениям, потому что изменение нарушает привычки, конфликтует с определенными типами личности, вызывает страх неудачи, может иметь потенциально негативные последствия, может привести к потере власти и, если делать это слишком часто, может истощить сотрудников. Усилия по изменению можно концептуализировать как трехэтапный процесс, в котором сотрудники сначала готовятся к изменениям, затем изменения внедряются, и, наконец, новые модели поведения становятся постоянными.

Список литературы

Арменакис, А. А., Харрис, С. Г., и Моссхолдер, К. В. (1993). Создание готовности к организационным изменениям. Human Relations , 46 , 681–703.

Эшфорд, С. Дж., Ли, К. Л. и Бобко, П. (1989). Содержание, причины и последствия незащищенности работы: теоретическая мера и предметный тест. Журнал Академии управления , 32 , 803–829.

Барнетт, У. П. и Кэрролл, Г. Р. (1995).Моделирование внутренних организационных изменений. Ежегодный обзор социологии , 21 , 217–236.

Boeker, W. (1997). Стратегическое изменение: влияние управленческих характеристик и роста организации. Журнал Академии управления , 40 , 152–170.

Буркхардт, М. Э. (1994). Эффекты социального взаимодействия после технологических изменений: продольное исследование. Журнал Академии управления , 37 , 869–898.

Управление изменениями: стратегический императив HR как делового партнера. (2007, декабрь). HR Magazine , 52 (12).

Дойчман, А. (2005, март). Создание лучшего скунса работает. Fast Company , 92 , 68–73.

Даймонд, Дж. (2005). Ружья , микробы и сталь: судьбы человеческих обществ . Нью-Йорк: У. В. Нортон.

Федор Д. М., Колдуэлл С. и Херольд Д. М. (2006). Влияние организационных изменений на приверженность сотрудников: многоуровневое расследование. Психология персонала , 59 , 1-29.

Форд, Дж. Д., Форд, Л. В., и Д’Амелио, А. (2008). Сопротивление переменам: остальная часть истории. Академия управления обзором , 33 , 362–377.

Фугейт, М., Киницки, А. Дж., И Пруссия, Г. Э. (2008). Сотрудник справляется с организационными изменениями: изучение альтернативных теоретических перспектив и моделей. Психология персонала , 61 , 1–36.

Гейл, С.Ф. (2003). Стимулы и искусство изменения поведения. Управление персоналом , 82 (11), 48–54.

Герстнер, Л. В. (2002). Кто сказал, что слоны не умеют танцевать? Внутри исторического поворота IBM . Нью-Йорк: Харпер-Коллинз.

Будьте готовы. Ассоциация малого бизнеса США. Получено 21 ноября 2008 г. с http://www.sba.gov/smallbusinessplanner/plan/getready/SERV_SBPLANNER_ ISENTFORU.html.

Хамель, Г. (2000, июль – август). Пробуждение IBM. Harvard Business Review , 78 (4), 137–146.

Херольд Д. М., Федор Д. Б. и Колдуэлл С. (2007). Помимо управления изменениями: многоуровневое исследование контекстных и личных влияний на приверженность сотрудников к изменениям. Журнал прикладной психологии , 92 , 942–951.

Херольд Д. М., Федор Д. Б., Колдуэлл С. и Лю Ю. (2008). Влияние трансформационного лидерства и изменений на приверженность сотрудников изменениям: многоуровневое исследование. Журнал прикладной психологии , 93 , 346–357.

Хай, К. Н. (1999). Эмоциональные способности, эмоциональный интеллект и радикальные изменения. Академия управления обзором , 24 , 325–345.

Судья Т. А., Торесен К. Дж., Пусик В. и Велборн Т. М. (1999). Управленческое преодоление организационных изменений. Журнал прикладной психологии , 84 , 107–122.

Коттер, Дж. П. (1996). Изменение ведущей позиции .Бостон, Массачусетс: Издательство Гарвардской школы бизнеса.

Коттер, Дж. П. (1995, март-апрель). Ведущие изменения: почему преобразования терпят неудачу. Harvard Business Review , 73 (2), 59–67.

Лабианка Г., Грей Б. и Брасс Д. Дж. (2000). Обоснованная модель изменения организационной схемы во время наделения полномочиями. Организационная наука , 11 , 235–257.

Lasica, J. D. (2005). Даркнет: война Голливуда против цифрового поколения .Хобокен, Нью-Джерси: Уайли.

Лерман, Р. И., и Шмидт, С. Р. (2006). Тенденции и вызовы для работы в 21 веке. Получено 10 сентября 2008 г. с веб-сайта Министерства труда США: http://www.dol.gov/oasam/programs/history/herman/reports/futurework/conference/trends/trendsI.htm.

Левин К. (1951). Теория поля в социальных науках . Нью-Йорк: Харпер и Роу.

Закон Мура. Получено 5 сентября 2008 г. с веб-сайта Answers.com: http: //www.answers.ru / topic / moore-s-law.

Нэш, Дж. А. (ноябрь – декабрь 2005 г.). Комплексная кампания помогает сотрудникам Gap принять культурные изменения. Мир общения , 22 (6).

Рафферти, А. Э. и Гриффин. М.А. (2006). Восприятие организационных изменений: стресс и перспектива преодоления трудностей. Журнал прикладной психологии , 91 , 1154–1162.

Рэй, Т., Голден-Биддл, К., и Германн, К. (2006). Легитимация новой роли: маленькие победы и микропроцессы перемен. Журнал Академии управления , 49 , 977–998.

Стюарт Т. А. и Раман А. П. (июль – август 2007 г.). Уроки долгой поездки на Тойоте. Harvard Business Review , 85 (7/8), 74–83.

Ванберг, К. Р., и Банас, Дж. Т. (2000). Предсказатели и результаты открытости к изменениям в реорганизуемом рабочем месте. Журнал прикладной психологии , 85 , 132–142.

Как работает мост Уитстона для тензодатчиков?

Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации.В тензодатчиках обычно используются четыре элемента тензодатчика, электрически соединенные для формирования мостовой схемы Уитстона (рис. 2-6).

Мост Уитстона — это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение схемы моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации.

Уравнение моста Уитстона: если R1, R2, R3 и R4 равны, а напряжение VIN приложено между точками A и C, то выходной сигнал между точками B и D не будет показывать разность потенциалов.Однако, если R4 изменить на некоторое значение, которое не равно R1, R2 и R3, мост станет несимметричным, и на выходных клеммах появится напряжение. В так называемой конфигурации G-моста датчик переменной деформации имеет сопротивление Rg, в то время как другие плечи представляют собой резисторы фиксированного значения.
Однако датчик может занимать одно, два или четыре плеча моста Уитстона, в зависимости от области применения. Общая деформация или выходное напряжение цепи (VOUT) эквивалентно разнице между падением напряжения на R1 и R4, или Rg.Это также можно записать как:

Подробнее см. Рисунок 2-6. Мост считается сбалансированным, если R1 / R2 = Rg / R3 и, следовательно, VOUT равен нулю.
Любое небольшое изменение сопротивления тензодатчика приведет к нарушению баланса моста, что сделает его пригодным для определения деформации. Когда мост настроен так, что Rg является единственным активным тензодатчиком, небольшое изменение Rg приведет к выходному напряжению с моста. Если калибровочный коэффициент равен GF, измерение деформации связано с изменением Rg следующим образом:

Количество активных тензодатчиков, которые необходимо подключить к мосту, зависит от области применения.Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один при сжатии, а другой при растяжении. В такой конфигурации можно эффективно удвоить выходную мощность моста при той же деформации. В установках, где все рычаги подсоединены к тензодатчикам, температурная компенсация тензодатчиков выполняется автоматически, поскольку изменение сопротивления из-за колебаний температуры будет одинаковым для всех плеч моста Уитстона.
В четырехэлементном мосту Уитстона обычно два датчика соединены при сжатии и два — при растяжении.Например, если R1 и R3 находятся в состоянии растяжения (положительное), а R2 и R4 — в состоянии сжатия (отрицательное), то выходной сигнал будет пропорционален сумме всех деформаций, измеренных по отдельности. Для датчиков, расположенных на соседних опорах, мост становится неуравновешенным пропорционально разнице в деформации. Для манометров на противоположных опорах мост уравновешивается пропорционально сумме деформаций. Независимо от того, измеряется ли деформация изгиба, осевая деформация, деформация сдвига или деформация кручения, устройство тензодатчика будет определять соотношение между выходной мощностью и типом измеряемой деформации.Как показано на рис. 2-6, если положительная деформация растяжения возникает на датчиках R2 и R3, а отрицательная деформация испытывается на датчиках R1 и R4, общий выходной сигнал, VOUT, будет в четыре раза больше сопротивления одного датчика. В этой конфигурации компенсируются температурные изменения измерителя пятна.

Схема моста Шеврон

Шевронный мост показан на Рисунке 2-7. Это многоканальная схема, которая служит для компенсации изменений сопротивлений перемычек путем их периодического переключения.Здесь четыре позиции каналов используются для переключения цифрового вольтметра (DVM) между конфигурациями G-моста (один активный датчик) и H-моста (два активных датчика). Измерительное устройство DVM всегда разделяет источник питания и внутренний H-мост. Эта конструкция наиболее популярна для измерения деформации вращающихся машин, где она может уменьшить количество требуемых контактных колец.

Четырехпроводная схема с сопротивлением

Хотя схема моста Уитстона является одним из самых популярных методов измерения электрического сопротивления, можно использовать и другие методы.Основным преимуществом четырехпроводной омической схемы является то, что подводящие провода не влияют на измерение, поскольку напряжение регистрируется непосредственно на элементе тензодатчика.

Установка четырехпроводной омической схемы может состоять из вольтметра, источника тока и четырех выводных резисторов R1, соединенных последовательно с измерительным резистором Rg (рисунок 2-8). Вольтметр подключается к клеммам измерения сопротивления DVM, а источник тока подключается к клеммам источника сопротивления DVM.Для измерения величины деформации в цепь подается слабый ток (обычно один миллиампер). В то время как вольтметр измеряет падение напряжения на Rg, абсолютное значение сопротивления вычисляется мультиметром на основе значений тока и напряжения.
Измерение обычно выполняется, сначала измеряя значение сопротивления датчика в ненапряженном состоянии, а затем выполняя второе измерение с приложенной деформацией. Разница в измеренных сопротивлениях датчика, деленная на сопротивление без деформации, дает дробное значение деформации.Это значение используется с калибровочным коэффициентом (GF) для расчета деформации.
Четырехпроводная схема также подходит для автоматической компенсации смещения напряжения. Напряжение сначала измеряется при отсутствии тока. Это измеренное значение затем вычитается из показания напряжения при протекании тока. Полученная разность напряжений затем используется для вычисления сопротивления датчика. Из-за своей чувствительности четырехпроводные тензодатчики обычно используются для измерения низкочастотных динамических деформаций. При измерении деформаций более высоких частот необходимо усилить выходной сигнал моста.Эта же схема также может использоваться с полупроводниковым тензометрическим датчиком и высокоскоростным цифровым вольтметром. Если чувствительность ДВМ составляет 100 микровольт, источник тока — 0,44 миллиампера, сопротивление тензометрического элемента — 350 Ом и его коэффициент измерения — 100, то разрешающая способность измерения составит 6 микродеформаций.

Цепь постоянного тока

Сопротивление можно измерить, возбуждая мост постоянным напряжением или источником постоянного тока.Поскольку R = V / I, если либо V, либо I остается постоянным, другой будет изменяться в зависимости от сопротивления. Можно использовать оба метода.
Хотя нет теоретических преимуществ использования источника постоянного тока (рис. 2-9) по сравнению с постоянным напряжением, в некоторых случаях выход моста будет более линейным в системе постоянного тока. Кроме того, если используется источник постоянного тока, отпадает необходимость в измерении напряжения на мосту; следовательно, к тензодатчику необходимо подключить только два провода.
Цепь постоянного тока наиболее эффективна при измерении динамической деформации. Это связано с тем, что, если динамическая сила вызывает изменение сопротивления тензодатчика (Rg), можно измерить изменяющуюся во времени составляющую выходного сигнала (VOUT), в то время как медленно меняющиеся эффекты, такие как изменение сопротивления выводов из-за температуры варианты будут отклонены. Используя эту конфигурацию, температурный дрейф становится практически незначительным.

Применение и установка

Выход цепи тензодатчика представляет собой сигнал напряжения очень низкого уровня, требующий чувствительности 100 микровольт или выше.Низкий уровень сигнала делает его особенно восприимчивым к нежелательным шумам от других электрических устройств. Емкостная связь, вызванная слишком близким расположением выводных проводов к силовым кабелям переменного тока или токами заземления, является потенциальным источником ошибок при измерении деформации. Другие источники ошибок могут включать в себя магнитно-индуцированные напряжения, когда выводные провода проходят через переменные магнитные поля, паразитные (нежелательные) контактные сопротивления выводных проводов, нарушение изоляции и эффекты термопары на стыке разнородных металлов.Сумма таких помех может привести к значительному ухудшению качества сигнала.

Экранирование

Большинство проблем с электрическими помехами и шумом можно решить путем экранирования и защиты. Экран вокруг проводов измерительных выводов улавливает помехи и может также уменьшить любые ошибки, вызванные ухудшением изоляции. Экранирование также защитит измерение от емкостной связи. Если измерительные провода проложены рядом с источниками электромагнитных помех, такими как трансформаторы, скручивание проводов сведет к минимуму ухудшение сигнала из-за магнитной индукции.При скручивании провода индуцированный магнитным потоком ток инвертируется, и области, которые пересекает магнитный поток, компенсируются. В промышленных процессах практически без исключения используются скрученные и экранированные подводящие провода.

Охрана

Защита самого оборудования так же важна, как и экранирование проводов. Ограждение представляет собой коробку из листового металла, окружающую аналоговую схему и соединенную с экраном. Если токи заземления протекают через тензометрический элемент или его подводящие провода, схема моста Уитстона не может отличить их от потока, создаваемого источником тока.Защита гарантирует, что клеммы электрических компонентов имеют одинаковый потенциал, что предотвращает протекание постороннего тока.
Подключение защитного провода между испытуемым образцом и отрицательной клеммой источника питания обеспечивает дополнительный путь тока вокруг измерительной цепи. При размещении защитного провода на пути тока, вызывающего ошибку, все задействованные элементы (т. Е. Плавающий источник питания, тензодатчик, все другое измерительное оборудование) будут иметь тот же потенциал, что и испытательный образец.Используя скрученные и экранированные подводящие провода и интегрируя цифровые видеомагнитофоны с защитой, можно практически устранить ошибку синфазного шума.

Эффекты отведений

Тензодатчики иногда устанавливают на расстоянии от измерительного оборудования. Это увеличивает вероятность ошибок из-за колебаний температуры, снижения чувствительности свинца и изменения сопротивления провода. В двухпроводной установке (Рисунок 2-10A) два провода соединены последовательно с тензодатчиком, и любое изменение сопротивления подводящего провода (R1) будет неотличимо от изменений сопротивления тензодатчика. (Rg).
Чтобы скорректировать влияние проводов отведений, можно ввести дополнительный третий вывод к верхнему плечу моста, как показано на Рисунке 2-10B. В этой конфигурации провод C действует как измерительный провод, по которому не течет ток, а провода A и B находятся на противоположных сторонах моста. Это минимально приемлемый метод подключения тензодатчиков к мосту, чтобы по крайней мере частично устранить влияние ошибок удлинительного провода. Теоретически, если подводящие провода к датчику имеют одинаковое номинальное сопротивление, одинаковый температурный коэффициент и поддерживаются при одинаковой температуре, достигается полная компенсация.В действительности провода изготавливаются с допуском около 10%, а трехпроводная установка не исключает полностью двухпроводных ошибок, но снижает их на порядок. Если желательно дальнейшее улучшение, следует рассмотреть вариант четырехпроводной установки с компенсацией смещения (рисунки 2-10C и 2-10D).
В двухпроводных установках погрешность, вызванная сопротивлением выводного провода, является функцией отношения сопротивлений R1 / Rg. Ошибка вывода обычно не имеет значения, если сопротивление выводного провода (R1) мало по сравнению с сопротивлением датчика (Rg), но если сопротивление выводного провода превышает 0.1% от номинального сопротивления датчика, этот источник погрешности становится значительным. Поэтому в промышленных приложениях длину подводящих проводов следует минимизировать или исключить, располагая преобразователь непосредственно у сенсора.

Температура и манометрический коэффициент

Чувствительные к деформации материалы, такие как медь, изменяют свою внутреннюю структуру при высоких температурах. Температура может изменить не только свойства элемента тензодатчика, но также может изменить свойства основного материала, к которому прикреплен тензодатчик.Различия в коэффициентах расширения материала датчика и основного материала могут привести к изменению размеров чувствительного элемента. Следовательно, потребуется схема температурной компенсации.
Расширение или сжатие тензометрического элемента и / или основного материала приводит к ошибкам, которые трудно исправить. Например, изменение удельного сопротивления или температурного коэффициента сопротивления тензометрического элемента изменяет нулевую точку отсчета, используемую для калибровки устройства.
Измерительный коэффициент — это чувствительность датчика к деформации.Производитель всегда должен предоставлять данные о температурной чувствительности манометрического коэффициента.