+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Угол сдвига фаз между током и напряжением. Измерение и вычисление | ENARGYS.RU

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.

Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0о до 360

о в некоторых случаях от -180оС до +180оС, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.

Методы измерения угла сдвига фаз

Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:

  1. Использование двухлучевого или двухканального осциллографа.
  2. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига, с фазовым сдвигом, который предоставляется образцовым фазовращателем.
  3. Суммарно-разностный метод, он заключается в использовании гармонических или сформированных прямоугольных сигналов.
  4. Преобразование сдвига фаз во временном интервале.

Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом

Осциллографический способ можно отнести к самому простейшему с погрешностью в районе 5о. Определение сдвига осуществляется при помощи осциллограмм. Существует четыре осциллографических метода:

  1. Применение линейной развертки.
  2. Метод эллипса.
  3. Метод круговой развертки.
  4. Использование яркостных меток.

Определение угла сдвига фаз зависит от характера нагрузки. При определении фазного сдвига в первичной и вторичной цепях трансформатора, углы могут считаться равными и практически не отличаются друг от друга.

Угол сдвига фаз напряжений, измеряемый по эталонному источнику частоты и при использовании измерительного органа лает возможность обеспечить точность всех последующих измерений. Фазные напряжения и угол сдвига фаз зависят от нагрузки, так симметричная нагрузка обуславливает равенство фазного напряжения , токов нагрузки и угол фазного сдвига, также будет равна нагрузка по потребляемой мощности на всех фазах электроустановки.

Угол сдвига фаз между током и напряжением в несимметричных трехфазных цепях не равны друг другу. Для того чтобы вычислить угол сдвига фаз (угол φ) в цепь включают последовательно присоединенные сопротивления (резисторы), индуктивности и конденсаторы (емкости).

Рис. №1. Последовательное соединение сопротивления, индуктивности и емкости для вычисления угла сдвига фаз. В этом контуре протекает переменный ток, который способствует возникновению ЭДС.

 

Рис. №2. Схема проведения опыта по определению сдвига фаз между током и напряжением. Слева показаны схемы подключения конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, справа показаны результаты опыта.

Из результатов опыта можно определить, что сдвиг фаз между напряжением и током служит при определении нагрузки и не может зависеть от переменных величины тока и напряжения в электрической сети.

Как вывод, можно сказать, что:

  1. Составляющие элементы комплексного сопротивления, такие как резистор и емкость, а также проводимость не будут взаимообратными величинами.
  2. Отсутствие одного из элементов делает резистивные и реактивные значения, которые входят в состав комплексного сопротивления и проводимости и делают их величинами взаимообратными.
  3. Реактивные величины в комплексном сопротивлении и проводимости используются с противоположным знаком.

Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.

Симметричная и несимметричная нагрузка, что это такое

Симметричная и несимметричная нагрузка, что это такое

Трехфазный источник всегда представляет собой симметричную систему независимо от величины и характера нагрузки, так как внутреннее сопротивление источника ничтожно мало.

В нормально функционирующей трехфазной сети линейные напряжения (напряжения между каждой парой фазных проводников) равны друг другу по величине и различаются между собой по фазе на 120 градусов. Соответственно и фазные напряжения (напряжения между каждым фазным проводником и нейтральным проводником) равны между собой по величине и имеют аналогичные различия по фазе.

Как следует из вышесказанного, углы сдвига фаз между данными напряжениями равны между собой. Это и называется «симметричная трехфазная система напряжений».

Если к такой сети подключить симметричную нагрузку, то есть такую трехфазную нагрузку, при которой токи каждой из фаз будут равны по величине и по фазе, то такая нагрузка создаст симметричную систему токов (с одинаковыми углами сдвига фаз между ними). Это возможно при условии, когда во всех трех фазах нагрузки имеются одинаковые реактивные и активные сопротивления, то есть Za = Zb = Zc.

Поэтому и фазные токи оказываются в данных условиях равными по величине и по углу сдвига фаз между ними. Примеры симметричных нагрузок: трехфазный асинхронный двигатель, три одинаковые лампы накаливания — каждая на своей фазе, симметрично нагруженный трехфазный трансформатор и т.д.

Рассмотрим векторную диаграмму токов симметричной трехфазной нагрузки. Здесь легко увидеть, что геометрическая сумма векторов трех фазных токов обращается в ноль. Это значит, что при симметричной нагрузке ток нейтрального проводника будет равен нулю, и практически надобность в его использовании отпадает.

Если же к этой трехфазной сети с симметричной системой напряжений подключить несимметричную нагрузку, то есть такую нагрузку, при которой комплексные сопротивления нагрузки в каждой фазе различны (Za ≠ Zb ≠ Zc), то нагрузка создаст систему токов, которые будут различаться между собой по величине и по направлению (по сравнению с диаграммой токов, характерной для симметричной нагрузки). Значения этих фазных токов можно найти по закону Ома.

И тогда геометрическая сумма токов не обратится в ноль, а значит и в нейтральном проводнике будет иметь место переменный ток, поэтому нейтральный проводник в данном случае необходим.

Примеры несимметричных нагрузок: лампы накаливания разной мощности в трех фазах, несимметрично нагруженный трехфазный трансформатор, нагрузки с разными коэффициентами мощности в трех фазах и т. д.

Нейтральный провод в данном случае обеспечит сохранение симметрии фазных напряжений несмотря на то, что нагрузка несимметрична. Вот почему четырехпроводная сеть допускает включение однофазных потребителей различной мощности и характера импеданса в разные фазы. Цепь каждой нагруженной фазы будет находится под фазным напряжением генератора независимо от разницы нагрузок между фазами.

Здесь изображена векторная диаграмма несимметричной нагрузки. На диаграмме легко видеть, что за счет наличия нулевого провода, ток в нем представляет собой геометрическую сумму векторов токов каждой из фаз, при этом фазные напряжения не испытывают перекоса, который непременно бы возник если бы нулевого провода при несимметричной нагрузке не было.

Если по какой-нибудь причине нейтральный провод оборвется во время питания несимметричной нагрузки, то возникнет резкий перекос напряжений и токов трехфазной сети, который может привести к аварии.

Перекос случится в этом случае потому, что три цепи нагрузки, питаемые трехфазным источником, вместе со внутренним сопротивлением источника, образуют три цепи разного импеданса, падение напряжения на каждой из которых будет разным и система напряжений трехфазной сети перестанет поэтому быть симметричной.

Ранее ЭлектроВести писали, что возложение спецобязательств по компенсации низких цен на электроэнергию для населения через включение в тариф ГП «НЭК« Укрэнерго» на передачу (вместо тарифа на диспетчеризацию) приведет к тому, что дополнительная финансовая нагрузка будет перераспределена между потребителями, а не производителями электроэнергии.

По материалам: electrik.info.

Стабилизатор-регулятор фазы и величины напряжения переменного тока

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, в частности к устройствам, обеспечивающим качество работы замкнутых трехфазных сетей и сетей с двухсторонним питанием.

Уровень техники

Известен способ регулирования перетока активной мощности между частями энергосистемы, связанными линией электропередачи, с контролем небаланса активной мощности на валу генерирующего агрегата, и изменением перетока активной мощности по линии регулированием фазового угла между векторами напряжений в ее оконечных точках на шинах и посредством включенного в линию управляемого фазоповоротного устройства, (см. пат. РФ №2449446, МПК: H02J 3/06, H02J 3/24, «Способ быстродействующего управления перетоком активной мощности» / Бердников Роман Николаевич, Фортов Владимир Евгеньевич, Сон Эдуард Евгеньевич, Шакарян Юрий Гевондович, Новиков Николай Леонтьевич // Бюл. 2012 №12).

Недостатками данного устройства являются:

— устройства, реализованные на данном способе, применимы только при наличии генерирующего агрегата в месте регулирования;

— реализация способа требует изменения мощности генерирующего агрегата воздействием на турбину, а, следовательно, на пар, газ, воду, что сложно и обуславливает частный случай его применения;

— использование статического преобразователя работающего в режиме инвертора и выпрямителя, являющегося сложным и дорогостоящим устройством, применение которого в мощных электросетях отличается низким КПД;

— низкая скорость изменения фазы и модуля напряжения.

Известно полупроводниковое фазоповоротное устройство, содержащее трехфазный сериесный трансформатор, вторичные обмотки которого включены в рассечку фаз высоковольтной линии электропередачи, трехфазный шунтовой трансформатор, первичные обмотки которого соединены по схеме звезды, низковольтные выводы которой заземлены, высоковольтные выводы подключены к клеммам рассечки фаз высоковольтной линии электропередачи со стороны входа фазоповоротного устройства, а вторичные обмотки каждой фазы выполнены в виде N гальванически развязанных секций подключенных к полупроводниковым мостовым преобразовательным коммутаторам, (см. пат. RU 2450420 МПК7: Н03С 3/00, «Полупроводниковое фазоповоротное устройство» / Жмуров Валерий Павлович, Стельмаков Вадим Николаевич, Тарасов Анатолий Николаевич, Тимошенко Анатолий Лукич, Казеннова Ирина Ивановна // Бюл. 2012 №13). Недостатками данного устройства являются:

— ступенчатое регулирование фазы и величины напряжения из-за конечного числа секций обмоток трансформаторов;

— из-за ступенчатого регулирования уравнительный ток будет протекать в цепях сети;

— переключение секций тиристорными ключами полупроводникового коммутатора в момент перехода напряжением через ноль не означает реального выключения тиристоров, поскольку тиристоры выключаются при нуле тока, а ток и напряжение сдвинуты по фазе относительно друг друга, включение следующего тиристорного ключа приведет к коммутационным броскам тока и перенапряжения;

— низкое быстродействие из-за необходимости создавать паузу между закрыванием одного ключа и открыванием другого.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является стабилизатор — регулятор напряжения переменного тока. Устройство содержит автотрансформатор, включающий: два сердечника (магнитопровода), две первичные обмотки, обмотку вторичную, две управляющие обмотки, два блока электронных регуляторов, блок управления, цепь обратной связи управления, потенциометр, (см. пат. РФ №2554712, МПК: G05F 1/00, «Стабилизатор -регулятор напряжения переменного тока» / Мишин Юрий Данилович, Сидоров Виктор Степанович, Репин Александр Юрьевич, Коваленко Владимир Васильевич, Ливийский Сергей Аликович // Бюл. 2015 №18).

Положительным свойством данного устройства являются:

— простота конструкции;

— высокая скорость реакции на изменения напряжения, т.е. практически мгновенное восстановление до необходимой величины;

— возможность плавного бесступенчатого регулирования.

Недостатками прототипа являются:

— отсутствие возможности регулирования фазы напряжения переменного тока;

— отсутствие контроля фазы и величины входного напряжения.

Раскрытие изобретения.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей стабилизатор — регулятора напряжения переменного тока и разработка стабилизатор — регулятор фазы и величины напряжения переменного тока:

— плавное, бесступенчатое регулирования величины выходного напряжения;

— плавное, бесступенчатое регулирования величины угла сдвига фазы выходного напряжения относительно входного;

— регулирование потоков активной и реактивной мощности в сети;

— повышение пропускной способности существующих линий и повышение динамической устойчивости энергетической системы;

— устранение коммутационных перерывов в электропитании;

— устранение коммутационных перенапряжений и бросков тока;

— исключение протекания уравнительных токов в сети.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к обеспечению:

— плавного, бесступенчатого регулирования величины выходного напряжения;

— плавного, бесступенчатого регулирования величины угла сдвига фазы выходного напряжения относительно входного;

— плавного регулирования потоков активной и реактивной мощности в сети;

— повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы;

— устранения коммутационных перерывов в электропитании;

— устранения коммутационных перенапряжений и бросков тока;

— исключения протекания уравнительных токов в линиях сети.

Технический результат достигается с помощью стабилизатора — регулятора фазы и величины напряжения переменного тока, содержащего трансформатор с двумя сердечниками, на каждом из которых расположены первичная обмотка регулируемой фазы, обмотка регулирования величины напряжения и обмотка коррекции фазового сдвига, при этом оба сердечника охватывает обмотка фазового сдвига на 90°, выводы которой подключены к линейному напряжению нерегулируемых фаз сети, а обе первичные обмотки соединены последовательно встречно, причем свободные выводы первичных обмоток, в которых один является входным зажимом, второй соединен последовательно с выключателем, а выключатель с одним выводом первичной обмотки трансформатора тока, второй конец которой является выходным зажимом, обмотки регулирования величины напряжения и обмотки, коррекции фазового сдвига присоединены к электронным регуляторам, электронные регуляторы коррекции фазового сдвига присоединены к двум разным нерегулируемым фазам, при этом все электронные регуляторы по управлению соединены с блоком управления, имеющим обратные связи по входному, выходному напряжениям, току регулируемой фазы сети и соединен с внешним устройством управления.

Таким образом стабилизатор — регулятор фазы и величины напряжения переменного тока представляет собой устройство для изменения фазы и величины модуля входного напряжения переменного тока по автономному или внешнему управлению. Устройство включается последовательно в линию электропередачи сети в точке объединения в сеть с двухсторонним питанием. Стабилизатор — регулятор может использоваться в любых электрических сетях для гибкого регулирования потоков активной и реактивной мощности, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы за счет плавного бесступенчатого регулирования как модуля так и фазы напряжения на выходе устройства относительно входа. Повышения бесперебойности электропитания гражданских и военных объектов при параллельной работе с промышленной сетью автономных электростанций и автономных сетей электростанций министерства обороны.

Для объектов с высокими требованиями бесперебойности электропитания применяют сети с двумя и более источниками питания. Токи нагрузок, подключенных в различных точках сети, создают падения напряжения на линейных проводах приводящие к изменению величины и смещению фазы напряжения. Это приводит к протеканию уравнительных токов в сети между источниками. Снижается пропускная мощность линий электропередач и отдаваемая мощность источников питания. Для устранения этого недостатка применяют фазосдвигающие устройства устанавливаемые в отдельных точках сети. Но из-за непрерывного изменения нагрузки также происходит непрерывная вариация величин фазы и напряжения. Фазосдвигающее устройство должно мгновенно реагировать на изменение этих двух величин и восстанавливать режим сети без уравнительных токов.

Для сдвига на требуемый угол напряжения одной из фаз обычно используется добавление к этому напряжению части линейного напряжения, сдвинутого на 90° градусов. При этом изменяется величина сдвинутого напряжения и требуется коррекция ее величины.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен стабилизатор — регулятор фазы и величины напряжения, электрическая схема устройства регулирования одной фазы на примере фазы U.

На фиг. 2 то же, электрическая схема трехфазного стабилизатора — регулятора фаз и величин напряжений каждой фазы.

На фиг. 3 то же, диаграмма изменения фазы напряжения на выходе при неизменной величине.

На фиг. 4 то же, диаграмма изменения величины напряжения на выходе при неизменной фазе.

На фиг. 5 то же, диаграмма изменения фазы и величины напряжения на выходе.

Осуществление изобретения

Стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения переменного тока (фиг. 1) подключен в электрической сети с двумя источниками 2 и 3 переменного тока и к устройству 4 внешнего управления. Рассмотрим подключения стабилизатора — регулятора 1для варианта регулирования в фазе (U-N). Стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения включает: сердечники (магнитопроводы) 5 и 6, первичные обмотки 7 и 8, расположенные на сердечниках 5 и 6 соответственно, обмотку 9 фазового сдвига напряжения на 90°, обмотки 10 и 11 коррекции фазового сдвига, электронные регуляторы 12, 13 обмоток коррекции 10 и 11 фазового сдвига, обмотки 14 и 15 управления величиной напряжения, сдвинутого на 90°, электронные регуляторы 16, 17 обмоток 14 и 15, цепи 18 обратной связи по входному напряжению, цепи 19 обратной связи по выходному напряжению, цепи 20 контроля величины тока в цепи первичных обмоток 7 и 8 регулируемой фазе, блок 21 управления электронными регуляторами 12 и 13, 16 и 17, выключателя 22 в цепи первичных обмоток 7 и 8 регулируемой фазы, трансформатора тока 23 в цепи первичных обмоток 7 и 8 регулируемой фазы.

Первичные обмотки 7, 8 соединены между собой последовательно встречно. Свободный конец обмотки 7 подключен к регулируемой фазе (U1-N) источника 2 (условно «вход»). Свободный конец обмотки 8 подключен через выключатель 22 и трансформатор тока 23 к фазе (U2-N) источника 3 (условно «выход»). В цепи первичных обмоток 7, 8 установлен коммутационный аппарат 22, включаемый после настройки стабилизатора — регулятора 1. Обмотка 9 фазового сдвига напряжения на 90° подключена к линейному напряжению (V1-W1) источника 2, сдвинутому относительно регулируемого напряжения фазы (U1-N) на 90°. Обмотка 10 коррекции фазового сдвига с электронным регулятором 12 подключена к фазному напряжению (V1-N) (с учетом коэффициента трансформации), сдвинутому на угол 120° вправо относительно регулируемого напряжения фазы (U1-N) источника 2. Обмотка 11 коррекции фазового сдвига с электронным регулятором 13 подключена к фазному напряжению (W1-N) (с учетом коэффициента трансформации) сдвинутому на угол 120° влево относительно регулируемого напряжения фазы (U1-N) источника 2. Таким образом коррекция фазового угла осуществляется напряжением с 120-градусным сдвигом. Блок управления 21 по обратной связи цепи 18 и по обратной связи цепи 19 определяет величины напряжений и фазовые углы регулируемой фазы (U-N) источников 2 и 3, а также фазовый угол между этими напряжениями источников 2 и 3. От трансформатора тока 23 по цепи 20 передается информация о суммарном токе в регулируемой фазе (U) (ток нагрузки и уравнительный ток). Обмотки 14, 15 с электронными регуляторами 16, 17 изменяют величину напряжения трансформируемого обмоткой 9 в обмотки 7 и 8 (с учетом коэффициента трансформации) и направление суммарного напряжения первичных обмоток 7 и 8.

Напряжение в обмотке 7 определяется геометрической суммой напряжений трансформируемых обмотками 9 и 10, а напряжение в обмотке 8 определяется геометрической суммой напряжений трансформируемых обмотками 9 и 11. Вносимое стабилизатором — регулятором 1 напряжение — добавка напряжения между источниками 2 и 3 определяется геометрической суммой напряжений первичных обмоток 7 и 8. Таким образом, напряжение на выходе определяются суммой векторов напряжений по выражениями:

где ±ΔVW±ΔV, ±ΔVW±ΔW — надбавки напряжения, создаваемые в первичных обмотках 7, 8 магнитными потоками обмоток 9, 10, 11, 14, 15.

Выражение 1 соответствует повороту вектора регулируемого напряжения U1 вправо (отставание), а по выражению 2 — влево (опережение).

Углы сдвига фаз и величины отклонений напряжений в реальных сетях изменяются в небольшом диапазоне. Однако уравнительные токи, создаваемые векторной разностью напряжений источников 2 и 3 могут достигать больших значений из-за низкого сопротивления Zл линий электропередач.

Использование при суммировании векторов надбавок напряжения фазового сдвига напряжения на 90° и напряжения коррекции фазового сдвига, угол между ними должен быть близким к 180° (в данном случае 120°). Выполнение этого условия позволяет создать наиболее оптимальный стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения.

Следует иметь в виду, что подключение стабилизатора — регулятора 1к нерегулируемым фазам возможно как к источнику 2, также и наоборот, к источнику 3.

Стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения переменного тока может быть выполнен с трехфазным выходом. Стабилизатор — регулятор с трехфазным выходом (фиг. 2) реализуется из трех одинаковых устройств 1 с однофазным выходом. Верхнее устройство 1 регулирует фазу U, среднее 11 регулирует фазу V, а нижнее 111 регулирует фазу W. Как следует из фиг. 2 в трехфазном исполнении чередуются только подключения фаз сети устройств 1 со стороны источника 2 и источника 3, согласно таблице 1.

Примечание: В скобках дано ранее принятое в России обозначение фаз.

Внешнее устройство 4 управления при этом соединено со всеми тремя стабилизаторами — регуляторами 1, 11 и 111. Таким образом устройство может обеспечивать параллельную работу трехфазной сети как с однофазной, так и с трехфазной.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения сети со стороны источников 2 и 3 каждой из фаз могут отличаться как по фазе (углу сдвига ϕ), так и по величине напряжения. Поэтому соединение источников 2 и 3 в данной точке для параллельной работы напрямую недопустимо без дополнительного устройства стабилизатора — регулятора 1 фазы и величины напряжения переменного тока, обеспечивающего корректировку и стыковку параметров напряжений в точке соединения сетей. При подключении стабилизатора — регулятора 1 выбор источников 2 или 3 произвольный и не имеет принципиального значения.

Подключение стабилизатора — регулятора 1 к сети со стороны источника 2 входными зажимами, а к сети со стороны источника 3 выходными зажимами производится при выключенном коммутационном аппарате 22. Обратные связи 18, 19 производят замеры углов сдвига фаз и величины напряжения сети со стороны источников 2 и 3. Блок управления 21 производит настройку стабилизатора — регулятора 1 фазы и величины напряжения переменного тока. Настройка заключается в доведении выходных параметров напряжения (U2) стабилизатора — регулятора 1 до их равенства с параметрами напряжения сети со стороны источника 3. После этого производится включение коммутационного аппарата 22 и дальнейшая работа стабилизатора — регулятора 1 обеспечивает необходимый режим регулирования или стабилизации напряжения и тока в сети блоком управления 21 и внешним блоком управления 4. Включение коммутационного аппарата 22 может осуществляться вручную или автоматически блоком управления 21.

По выражениям (1, 2) для получения требуемого напряжения (U2) необходимо, чтобы сумма векторов надбавок напряжения (ΔVW+ΔV) или (ΔVW+ΔW) обеспечивала смещение напряжения (U1) на необходимый угол (ϕ) и обеспечивала необходимую величину напряжения (U2).

Ток обмотки 9 создает магнитные потоки в стержнях 5 и 6, величина которых определяется токами обмоток 14 и 15, задаваемых электронными регуляторами 16 и 17. При этом наводится напряжение в первичных обмотках 7, 8. Это напряжение в первичных обмотках 7, 8 является надбавками напряжения (ΔVW), которые имеют неизменный сдвиг по фазовому углу на ±90° относительно регулируемого напряжения (U1). При нулевых токах в обмотках 14, 15 в первичных обмотках 7, 8 наводятся равные по величине напряжения (ΔVW) но противоположно направленные. В результате изменения напряжения на выходе (U2) не происходит из-за встречного соединения первичных обмоток 7, 8. По команде блока управления 21 электронные регуляторы 16, 17 могут создавать независимо в обмотках 14, 15 различные по величине токи. Ток в обмотке 14, или 15 может достигать предельных значений, при которых магнитный поток, создаваемый обмоткой 9 в сердечнике 5 или 6 достигает нулевых значений. Происходит перераспределение магнитных потоков в сердечниках 5, 6. В одном сердечнике может уменьшается до нуля а в другом увеличиваться до максимального. При этом происходит изменение от нуля до максимальной величин напряжений (ΔVW) в первичных обмотках 7, 8, трансформируемых обмоткой 9. Нулевой баланс напряжений (ΔVW), то есть суммарное напряжение на первичных обмотках 7, 8 нарушается при неравенстве токов в обмотках 14, 15. Таким образом формируется регулируемая по величине и знаку надбавка напряжения (ΔVW), сдвинутая на ±90° относительно напряжения (U1).

В соответствии с направлением сдвига напряжения (U1) и величиной созданного напряжения (ΔVW) блок управления 21 подключает к процессу создания напряжения (U2) соответствующую обмотку 10 или 11 коррекции сдвига фазы.

Рассмотрим вторые составляющую надбавки напряжения (ΔV), (ΔW). Электронные регуляторы 12, 13 по команде блока управления 21 регулируют величину и направление тока в обмотках 10, 11 коррекции сдвига фазы. Эти токи наводят в сердечниках 5 или 6 соответственно дополнительные магнитные потоки, создающие в первичных обмотках 7, 8 напряжения (ΔV) или (ΔW). Напряжения (ΔV) или (ΔW) имеют постоянный фазовый сдвиг ±120° относительно напряжения (U1) и изменяются по величине и знаку. Эти напряжения дополнительно корректируют фазовый сдвиг результирующего напряжения в первичной обмотке 7 или 8. В результате на выходном конце первичной обмотки 8 создается напряжение (U2) необходимой величины, сдвинутое на требуемый угол относительно входного напряжения (U1) источника 2. После настройки стабилизатором — регулятором 1 фазы и величины напряжения переменного тока напряжения (U2) можно производить включение выключателя 22 для осуществления параллельной работы сетей обоих источников 2 и 3. Трансформатор тока 23 по обратной связи цепи 20 передает значение тока нагрузки на данном участке сети в блок управления 21. Фазовый угол, величина напряжения (U2) и тока нагрузи на участке сети могут также регулироваться по заданию устройства внешнего управления 4.

Рассмотрим режим работы стабилизатора — регулятора 1, когда величины напряжений сети (U1) и (U2) со стороны источников 2 и 3 равны, а углы сдвига фаз не совпадают. Несовпадение углов сдвига фаз может быть как с опережением, так и с отставанием. На фиг. 3 представлены оба возможных варианта работы стабилизатора — регулятора 1 в режимах опережения и отставания. Напряжение (U2) источника 3 отличается от напряжения (U1) источника 2 только по фазе (углу сдвига ϕ) с опережением или с отставанием. Концы векторов напряжений (U1) и (U2) будут находиться на одной окружности (пунктирная линия), так как величина напряжений одинакова.

В рассматриваемом режиме блок управления 21 настраивает стабилизатор-регулятор 1 в зависимости от необходимого направления смещения напряжения. Электронными регуляторами 12, 16 или 13, 17 обеспечивает равенство пар векторов надбавок напряжений (-ΔVW) и (ΔV) при сдвиге вправо или (ΔVW) и (ΔW) при сдвиге влево. Геометрическая сумма этих пар векторов надбавок обеспечивает соответствующий сдвиг напряжения (U1). Концы векторов напряжений (U1) и (U2), (-U2) расположены на одной окружности, так как их величины равны. После проведенной настройки стабилизатора-регулятора 1 включается выключатель 22.

Возможен другой вариант соотношений напряжений источников 2 и 3. Напряжения (U1) и (U2) совпадают по фазе, но при этом не равны по величине. Предположим, что напряжение (U1) меньше напряжения (U2). В этом случае настройка стабилизатора-регулятора 1 может быть выполнена двумя равноценными путями.

Один путь — это использование пары обмоток 10, 14 с электронными регуляторами 12, 16, которые создают векторные надбавки напряжения (-ΔVW) И (-ΔV).

Второй путь — использование обмоток 11, 15 с соответствующими им электронными регуляторами 13, 17, которые создают векторные надбавки напряжения (ΔVW) и (-ΔW). На фиг. 4 представлены оба варианта получения стабилизатором-регулятором 1 напряжения (U2) без изменения фазового угла сдвига напряжения (U1). В этом случае электронными регуляторами 12, 13 изменяется направление тока в обмотках 10, 11 на противоположное. После проведенной настройки стабилизатора-регулятора 1 включается выключатель 22.

Более общим является режим электрической сети, когда напряжения источников 2 и 3 (U1) и (U2) отличается как по величине, так и по фазе. Рассмотрим работу стабилизатора — регулятора 1 в режиме изменения величины и фазового сдвига напряжения (U1) для получения требуемого напряжения (U2) на выходе. Работу стабилизатора — регулятора 1 в этом режиме иллюстрирует фиг. 5. Для примера представлены два варианта меньшего напряжения (U2) при сдвиге вправо (отставание) и большего напряжения (U2) при сдвиге влево (опережение). Пунктирные линии большей и меньшей окружности показывают различие величин напряжения (U1) и (U2). В этом случае блок управления 21 осуществляет управление электронными регуляторами 12, 13, и 16, 17 по более сложному алгоритму.

Рассмотрим режим сдвига с опережением и увеличением напряжения (U1), это выполняется векторной надбавкой напряжения (ΔVW+ΔW).

Электронный регулятор 16 создает в обмотке 14 небольшой противодействующий ток, за счет этого величина трансформируемого напряжения обмоткой 9 в обмотку 7 (ΔVW) большая и создает максимальный сдвиг 90°. Электронный регулятор 13 создает в обмотке 11 небольшое напряжение фазовой коррекции, трансформирующее надбавку напряжения в обмотку 8 (ΔW). В результате векторного суммирования получаем напряжение (- U2). Аналогично можно проанализировать работу стабилизатора — регулятора 1 при уменьшении величины напряжения источника 2 и фазового сдвига вправо. После проведенной настройки стабилизатора-регулятора 1 включается выключатель 22.

Как видно из фиг. 5, при одновременном сдвиге и изменении величины напряжения (U1) действие обмоток 14, 15 надбавки с 90° сдвигом и действие обмоток 10, 11 коррекции фазового сдвига различно.

Исходя из вышерассмотренных примеров показано, что стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения переменного тока выполняет две функции а именно: и стабилизацию, и регулирование. Стабилизация и регулирование производятся без переключения частей обмоток трансформатора, то есть плавно. Следовательно, устраняются коммутационные перерывы в электропитании и устраняются коммутационные перенапряжения и броски тока за счет отсутствия переключений. Эта необходимость обусловлена особенностями нагрузок в сети, а именно непрерывным ее изменением во времени. Поэтому стабилизатор — регулятор 1 фазы и величины напряжения переменного тока обеспечивает решение нескольких проблемных задач.

Первая задача: не допустить перегрузки любого из источников питания 2, 3. Вторая — обеспечить отклонения напряжения на нагрузках в пределах допусков ГОСТ. Третья — регулировать токи в сети с целью минимизации потерь мощности и энергии. Четвертая — улучшить регулирование режимов нагрузки в сетях энергосистемы. Пятая — обеспечить рациональный режим параллельной работы источников 2, 3 питания электрически удаленных от точек подключения нагрузок. Шестая — исключить режим работы сети с протеканием уравнительных токов между источниками 2, 3, тем самым повысить пропускную способность существующих линий и повысить динамическую устойчивость энергетической системы. Эти задачи также обеспечиваются и согласованным управлением блоком управления 21 и внешним устройством управления 4.

Была проведена экспериментальная проверка работы заявляемого стабилизатора — регулятора 1 напряжения. Сердечники магнитопроводов

— плавное, бесступенчатое регулирования потоков активной и реактивной мощности;

— повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы за счет плавного регулирования фазы и величины напряжения;

— увеличение энергетической эффективности системы за счет оптимального распределения потребляемой реактивной мощности;

— исключение протекания уравнительных токов в сети;

— устранения коммутационных перерывов в электропитании;

— устранения коммутационных перенапряжений и бросков тока.

Стабилизатор-регулятор фазы и величины напряжения переменного тока, содержащий многообмоточный трансформатор, электронные регуляторы, устройство управления, отличающийся тем, что трансформатор содержит два сердечника, на каждом из которых расположены первичная обмотка регулируемой фазы, обмотка регулирования величины напряжения и обмотка коррекции фазового сдвига, при этом оба сердечника охватывает обмотка фазового сдвига на 90°, выводы которой подключены к линейному напряжению нерегулируемых фаз сети, а обе первичные обмотки соединены последовательно встречно, причем свободные выводы первичных обмоток: один является входным зажимом, второй соединен последовательно с выключателем, а выключатель — с одним выводом первичной обмотки трансформатора тока, второй конец которой является выходным зажимом, обмотки регулирования величины напряжения и обмотки коррекции фазового сдвига присоединены к электронным регуляторам, электронные регуляторы коррекции фазового сдвига присоединены к двум разным нерегулируемым фазам, при этом все электронные регуляторы по управлению соединены с блоком управления, имеющим обратные связи по входному и выходному напряжениям, току регулируемой фазы сети, и соединены с внешним устройством управления.





ТРИ ФАЗЫ — БЕЗ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ

С.БИРЮКОВ, г. Москва

 В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.
Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1. Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке.
При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°. На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви.

Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.
К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.   Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°. При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл. Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф.

В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки. Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.
Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20…40°. На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный , равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.
Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить.

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис 4.
Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную и реактивную . В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1  получаем следующие значения этих токов .

При чисто активной нагрузке  формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл. На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от , рассчитанные по этим формулам Для( /2=0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен  а ток дросселя L1 вдвое меньше. Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений , равных 0,85 0,9.

В табл. 2 приведены значения токов Ie1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение .
Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2 1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.
Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′) Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток Сопоставление данных табл 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока. Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора. Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров [1, 2] и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся. Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем. Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А. Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2.. 3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт [З]. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя. К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Сам делал для движка на 1 квт. все отлично работает, никаких проблем. Дерзайте.

(прислал Н.Куц)

Особенности эксплуатации оборудования в трехфазных сетях

02.08.2021

Когда заходит речь об электрических сетях, большинство из нас, конечно, имеет в виду однофазные сети. Действительно, в многоквартирных домах используется однофазная цепь с напряжением 220В переменного тока. Да, и, практически все бытовые приборы рассчитаны на применение именно этого напряжения. Однако, использование однофазного тока целесообразно лишь для помещений, площадь которых не превышает 100м².  Для обеспечения электроэнергией частных домов и производственных помещений оптимальным решением будет использование трехфазных сетей. Такая схема позволит равномерно перераспределять нагрузку по всем потребителям и избегать скачков напряжения.

Не будем вдаваться в тонкости отличий однофазной сети от трехфазной. На данном этапе достаточно будет визуальных различий.
Однофазная сеть состоит из двух («фаза» и «ноль»), или трех («фаза», «ноль» и «земля») проводов:

Трехфазная же сеть имеет три фазных провода и один нулевой:

В данной структуре фазное напряжение составляет 220В (напряжение между любым фазным проводом и нулевым), а линейное  —  380В (напряжение между двумя фазными проводами):

Причем ЭДС на фазных проводах совпадают по частоте и амплитуде, но имеют фазовый сдвиг на величину 1/3 периода, или 120°.
График трехфазного тока:

Использование трехфазной сети имеет довольно значительный ряд преимуществ, по отношению к однофазной сети, например:

  • экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния;
  • меньшая материалоемкость силовых кабелей;
  • уравновешенность системы;
  • возможность получения в одной установке двух напряжений – фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении «звездой», или «треугольником»;
  • возможность резкого уменьшения стробоскопического эффекта (мерцания) светильников на люминесцентных лампах, путем размещения в светильнике трех групп ламп, питающихся от разных фаз.

Но, как известно, чем больше компонентов имеет система, тем более она становится уязвимой. Не является исключением и трехфазная сеть. Едва ли не единственными причинами выхода из строя электрооборудования, а также возникновение несчастных случаев в однофазных сетях являются, как правило, превышение значения максимального тока и снижение величины сопротивления изоляции проводов. Для трехфазных же сетей к этим параметрам добавляются обрыв нулевого провода, «перекос» фаз, отсутствие напряжения в одной, или двух фазах, асимметрия напряжений в фазах. В большинстве случаев, это приведет к «обгоранию», или даже обрыву нулевого провода. При этом фазное напряжение может подскочить с 220 до 380В, что может вывести из строя электрооборудование. Нарушение чередования фаз способно привести к дополнительному износу электрооборудования, повышенному потреблению электроэнергии и даже к возникновению короткого замыкания, в случае параллельного включения в работу нескольких устройств. А в случае нарушения правильной фазировки электродвигателя, не исключено изменение направления движения элементов, механически связанных с ротором. Кроме того, возможно присутствие потенциала на самом нулевом проводе, что может привести к поражению электрическим током человека, или животных.

Таким образом, основой безопасности эксплуатации трехфазных сетей необходимо считать:

  • правильный проект энергоснабжения с учетом возможных нагрузок;
  • изменение в существующей цепи схемы потребления энергии (для случаев, когда каждая фаза ранее не рассчитывалась на перегрузку;
  • изменение мощности потребителей в критических ситуациях.

В таких условиях особое значение имеет установка специального оборудования, которое отключает сеть при обнаружении несоответствий требований, предъявляемых к безопасной эксплуатации трехфазных сетей  —  т.н. «Реле контроля фаз». Одним из таких приборов является реле контроля фаз CKF- BR производства компании «Евроавтоматика».

Прибор предназначен для отключения электродвигателей и электроустановок, подключенных к трехфазной сети в случаях:

  • отсутствия хотя бы одной из фаз;
  • асимметрии напряжения;
  • обрыва нулевого провода;
  • нарушения чередования фаз.

Кроме того, прибор имеет функцию регулировки асимметрии напряжения в пределах от 40 до 80В, что позволяет отключать электроустановки, не дожидаясь, пока «перекос» напряжений не достигнет критических значений. При превышении заданных величин асимметрии, прибор отключит электроустановку (электросеть) с задержкой от 0.5 до 15 сек. (выбирается пользователем). Во всех остальных случаях отключение происходит через 0.1 сек. Включение происходит автоматически после восстановления нормальных характеристик сетевого напряжения питания.

Подобные реле других производителей имеют сходные характеристики, и могут отличаться набором функций, способом монтажа и величинами регулировок. Так, например, аналогичный прибор того же производителя CKF-BT имеет дополнительную функцию отключения при падении напряжения ниже 160В и превышении 260В. А прибор производства ABB 1SVR730885R3300 имеет максимальное время задержки на выключение 30 сек. и диапазон отключения при падении напряжения ниже 180В и превышении напряжения 280В.

В целом, можно сказать, что безопасная эксплуатация трехфазных сетей достигается все-таки правильным проектированием и расчетом схемы потребления энергии. Использование же реле контроля фаз служит единственной цели  —  обеспечению безопасности в случае выхода параметров сети из допустимых норм.

Мощность трехфазной сети: расчет полной мощности формулой

В подавляющем большинстве случаев в домах и квартирах используется трехфазная сеть. Однако часто применяются приборы, которым необходимо однофазное питание. Чтобы лучше разбираться в особенностях использования трехфазной сети, нужно понимать, как она работает. В статье подробно рассмотрено, как правильно определить ее мощность и каким образом это можно использовать.

Что такое трехфазная сеть в электричестве

Многофазная электрическая сеть переменного тока была создана благодаря американскому ученому Н. Тесле. В России ученый М. Доливо-Добровольский разработал и содействовал повсеместному внедрению трехфазной электросети.

Соединение источника и потребителей

Подаются три фазы переменного тока, которые равны по амплитуде и сдвинуты друг относительно друга на 120°. Фазы могут быть соединены между собой несколькими способами. Самыми распространенными из них являются «звезда» и «треугольник».

В первом случае у них имеется один общий провод. При таком варианте использования появляется возможность подавать линейное или фазовое напряжение. В квартире первое равно 380 В, второе — 220 В. Общий провод обычно соединен с землей, хотя существуют схемы подключения, в которых это не так.

К сведению! При подключении «треугольником» каждый выход фазы соединен с одним выходом другой фазы.

Трехфазная линия передачи

Свойства трехфазной сети

Использование трехфазного электропитания завоевало широкую популярность по следующим причинам:

  • таким способом минимизируются потери при передаче электроэнергии на большие расстояния;
  • трехфазные схемы требуют для реализации меньшего количества деталей и материалов по сравнению с однофазными;
  • есть возможность обеспечить в сети питание 380 В или 220 В.

Обратите внимание! Трехфазное напряжение часто используется для питания асинхронных двигателей, некоторых теплонагревательных приборов, для работы мощных устройств.

Четыре провода питания

Какая сила тока трехфазной сети

На практике часто мощность электроприбора является известной величиной. Поскольку в большинстве случаев для питания используется напряжение 220 В, то имеются все необходимые данные для расчета силы тока. Эта величина важна, чтобы сравнить ее с предельно допустимой для используемых проводов, розеток и удлинителей.

Важно! Слишком сильный ток может вызвать перегорание предохранителей или порчу используемого удлинителя.

Трехфазная система с нейтралью

Для определения силы тока можно воспользоваться формулой мощности: P = кв. корень(3) * U(l) * I(l) * cos(«фи«).

Здесь можно использовать известные данные:

  • P — мощность электроприбора, известная из его инструкции по эксплуатации;
  • U(l). В большинстве случаев речь идет о напряжении 220 В (для устройств с трехфазным питанием эта величина будет равна 380 В).

Значение и формула для cos («фи») обычно точно неизвестны. Их берут из технического паспорта прибора или обращаются за этой информацией к справочникам. Как правило, для определенных типов приборов такая величина известна. Например, она близка к 1 у нагревательных приборов, а у электродвигателей равна 0,7-0,9.

Таким образом на основе приведенной формулы можно посчитать силу тока на основании известных данных.

Прибор для измерения мощности — ваттметр

Какая стандартная потребляемая ее мощность

Чтобы рассчитать электрическую мощность, потребляемую квартирой или частным домом, нужно учесть потребление энергии всеми используемыми электроприборами. Это удобно делать в два этапа:

  1. Рассмотреть все те приборы, которым необходимо питание, использующее три фазы.
  2. Просуммировать потребляемую мощность однофазных устройств.

Искомые значения можно взять либо из техпаспорта электроприбора, либо из технического справочника. При необходимости эту величину можно рассчитывать на основе сделанных измерений. В реальной жизни устройства практически никогда не включаются одновременно.

Обратите внимание! Знание предельной величины потребляемой энергии позволит правильно организовать электроснабжение дома или квартиры.

На основе полученных данных можно, используя формулы мощности, вычислить, какова предельно допустимая сила тока в трехфазной сети, которую должна выдерживать электропроводка. Это позволит правильно подобрать предохранители и используемые во внутренней электросети провода.

Принцип действия трехфазного генератора

Как правильно рассчитать мощность трехфазной сети

Если трехфазная сеть использует соединение «треугольник», то потребители могут получать однофазное напряжение фазное или линейное. При этом оно будет иметь разную величину: первое будет меньше второго примерно в 1,71 раза (точное значение равно квадратному корню из 3). Силу тока в первом и втором случаях легко рассчитать — будет одинаковой.

К сведению! Если используется вариант соединения «треугольником», то линейное и фазовое напряжения будут равны. Однако фазовый ток будет меньше линейного в 1,71 раза.

Характеристики трехфазных цепей

Далее рассказано, как рассчитать мощность трехфазной сети. Для этого необходимо просуммировать мощности всех трех фаз. В качестве примера соединение «треугольником». В этом случае для каждой фазы эта характеристика определяется по следующей формуле: P1 = U(f) * I(f) * cos(«фи«).

В формуле расчета мощности трехфазной сети использованы такие обозначения:

  • P1 — мощность каждой из трех фаз;
  • U (f) — фазовое напряжение;
  • I (f) — фазовая сила тока;
  • «фи» — угол, определяемый соотношением активной и реактивной мощности.

Мощность, выделяющаяся на нагрузке, включает в себя активную и реактивную компоненты. Между ними существует сдвиг фаз «фи». Его смысл состоит в том, что при помощи указанного коэффициента определяется доля реактивной мощности в ее суммарной величине.

Чтобы определить мощность трехфазной сети, нужно просуммировать мощность всех трех фаз. Формула выглядит следующим образом: P = 3 * (U (f) * I(f) * cos(«фи»)). P означает искомую величину. Эту величину при расчете можно определить с помощью линейных величин силы тока и напряжения. Поскольку U(f) = U(l) / кв. корень(3), а I(f) = I(l), то мощность можно будет вычислять таким образом.

P = 3 * (U(f) * I(f) * cos(«фи»)) = 3 * (U(l) * I(l) * cos(«фи») / кв. корень(3)) = кв. корень(3) * U(l) * I(l) * cos(«фи«).

При подключении с помощью схемы «треугольник» вычисления выполняются аналогичным образом. При расчете активной мощности в трехфазной сети нужно учитывать, что фазовое и линейное напряжения будут равны, но фазовая сила тока будет в кв. корень (3) меньше линейной.

Обратите внимание! После выполнения преобразований формула мощности трехфазного тока будет такой же, как и для соединения «звездой».

Счетчик электроэнергии

Использование трехфазных сетей имеет свои важные преимущества и является широко распространенным. Чтобы грамотно их эксплуатировать, необходимо знать характеристики и формулы для расчета напряжения.

(PDF) Влияние сдвига фаз питания на работу трехфазного асинхронного двигателя

282 A. Adekitan, A.S.O. Огунджуйигбе, Т. Айоделе: Влияние предложения…

________________________________________________________________________________________________________________________

Конференция по промышленным приложениям 2000 IEEE

. Тридцать пятое ежегодное собрание МАС

и Всемирная конференция по промышленным применениям

Приложения электрической энергии, 2000 г., 388-

394.

[9] Керстинг У. Х., Филлипс У. Х .: Phase Frame

Анализ влияния несимметрии напряжения на индукционные машины

, транзакции IEEE на

Industry Applications, vol. 32 (1997), 415-420.

[10] Пиллэй, П., Хофманн, П., Маньядж, М .: Снижение номинальных характеристик

асинхронных двигателей, работающих с комбинацией несимметричных напряжений

и повышенного или пониженного напряжения

, IEEE Trans. Энергия

Сохранение, 17 (2002).

[11] Гнацински П., Тарасюк Т .: Энергоэффективная работа асинхронных двигателей

и стандарты качества электроэнергии

, Исследование электроэнергетических систем,

135 (2016), 10-17.

[12] Гнацински, П .: Влияние несимметричного напряжения на температуру обмоток

, срок службы и нагрузку

Грузоподъемность индукционной машины, Энергия

Преобразование и управление, 49 (2008), 761-

770.

[13] Эбади, А., Мирзай, М., Голамиан, С. А .:

Исследование влияния несбалансированного напряжения

на характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

с использованием метода конечных элементов

, Majlesi Journal of Electrical

Engineering; 7 (2013).

[14] Эбади, С.А., Мирзайе, М., Зарейнеджад,

Голамиан С.А .: Анализ крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя

при несимметрии напряжения

с использованием 2D FEM, 3 (2011).

[15] Канварджит, С.С., Винит, К .: Моделирование трехфазного асинхронного двигателя

, работающего с несимметричным напряжением

, в материалах 8-й Международной конференции

WSEAS по электрическим системам

, высокое напряжение , электрические машины,

Венеция, Италия, 2008.

[16] Яу-Джуэн, В .: Аналитическое исследование устойчивых

рабочих характеристик асинхронного двигателя

, подключенного к несимметричному трехфазному напряжению,

2000 IEEE Power Engineering Society Winter

Встреча.Материалы конференции, 2000, 159-

164.

[17] Химаншу; P .: Устойчивое состояние и переходный процесс

Анализ производительности трехфазной индукционной машины

с использованием MATLAB Simulations vol. 1,

2009.

[18] Кини, Г., Бансал, Р., Эйтал, Р. С .: Влияние несимметрии напряжения

на производительность трехфазного асинхронного двигателя

, 24 (2006).

[19] Фон Джуанн, А., Банерджи, BB: Напряжение

Дисбаланс

: проблемы качества электроэнергии, связанные с ним

Стандарты

и методы смягчения, электрические

Исследовательский институт энергетики, Пало-Альто, Калифорния, EPRI

Final Rep, 2000 .

[20] Волл Р.: Влияние несимметричного напряжения на работу многофазных асинхронных двигателей

, IEEE

Transactions on Industry Applications, (1975),

38-42.

[21] Керстинг, WH: Причины и последствия

несбалансированных напряжений, обслуживающих индукцию

Двигатель, Rural Electric Power Conference

Луисвилл, Кентукки, 2000.

[22] Гаффорд, Б. , К.

с.: Нагрев асинхронных двигателей на несимметричных,

Силовые аппараты и системы, Часть III.

Труды Американского института инженеров-электриков

, 78 (1959), 282-286.

[23] PGE (19 августа 2015 г., 2009 г.). Напряжение

Дисбаланс и двигатели. Доступно:

http://www.pge.com/includes/docs/pdfs/mybusi

ness / customerservice / energystatus / powerqualit

y / Voltage_unbalance_rev2.pdf

[24] Faiz, J., Пиллэй, П., Влияние несимметричного напряжения

на установившееся состояние трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

,

IEEE Transactions по преобразованию энергии, 19

(2004), 657-62.

[25] Quispe, E., Vigeo, P., Cogollos, J .: Статистические уравнения

для оценки влияния дисбаланса напряжения

на КПД и коэффициент мощности трехфазных асинхронных двигателей

a, WSEAS

Транзакции по цепям и системам, Бразилия,

4, 2005, 234 — 239.

[26] Фортескью, К. Л .: Метод симметричных координат

, применяемый для решения многофазных сетей

, AIEE Trans, 37 (1918), 1027-140.

[27] Фаиз, Дж., Эбрахимпур, Х., Пиллэй, П .: Влияние несимметричного напряжения

на установившееся состояние

Производительность трехфазного короткозамкнутого двигателя

Индукционный двигатель

, транзакции IEEE на энергия

конверсия, 19, 2004, 657-662.

[28] Абхишек, К., Padmanabh, T., Dogga, R .:

Оценка производительности асинхронного двигателя

при несимметричном напряжении питания, Engineering

and Systems (SCES), 2013 Студенты

Conference, Allahabad, 2013.

[29] Annette , JV, Basudeb, BB: Оценка

несимметрии напряжения

, транзакции IEEE на питании

поставка, 16, 2001.

Реализация трехфазного трансформатора с конфигурируемыми соединениями обмоток

Соединение обмотки 1 (клеммы ABC)

Обмоточные соединения для обмотки 1.Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D3) .

Соединение обмотки 2 (клеммы abc)

Соединение обмотки для обмотки 2. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D3) .

Тип

Выберите Три однофазных трансформатора от (по умолчанию) до реализовать трехфазный трансформатор с использованием трех моделей однофазных трансформаторов.Вы можете использовать этот тип сердечника представляет собой очень большие силовые трансформаторы, используемые в электрических сетях (сотни МВт).

Выберите Сердечник с тремя конечностями (стержневого типа) для реализации тройного стержня сердечник трехфазного трансформатора. В большинстве приложений трехфазные трансформаторы используют сердечник трехлепестковый (трансформатор сердечниковый). Этот тип сердечника дает точные результаты во время асимметричный отказ как для линейных, так и для нелинейных моделей (включая насыщение). В течение при асимметричном напряжении поток нулевой последовательности трансформатора с сердечником возвращается вне активной зоны через воздушный зазор, конструкционную сталь и резервуар.Таким образом, естественный Индуктивность нулевой последовательности L0 (без обмотки треугольником) такого трансформатора с сердечником составляет обычно очень низкий (обычно 0,5 о.е. 100 о.е.). Это низкое значение L0 влияет на дисбалансы напряжений, токов и потоков во время линейной и насыщенной работы.

Выбрать Сердечник с пятью конечностями (оболочка) для реализации стержня с пятью конечностями сердечник трехфазного трансформатора.В редких случаях очень большие трансформаторы изготавливаются с Пятилепестковое ядро ​​(три фазных и два внешних). Эта основная конфигурация, также известная как оболочка, выбирается в основном для уменьшения высоты трансформатора и обеспечения транспортировка проще. В условиях несимметричного напряжения, в отличие от трехстороннего трансформатора, поток нулевой последовательности пятиконечного трансформатора остается внутри стального сердечника и возвращается через две внешние конечности. Естественная индуктивность нулевой последовательности (без дельта) очень высока (L0> 100 о.е.).За исключением небольших дисбалансов тока из-за асимметрия сердечника, поведение пятиконечного трансформатора оболочечного типа аналогично поведению трансформатора трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных блоков.

Имитация насыщения

Если выбрано, реализует насыщаемый трехфазный трансформатор. По умолчанию сброшен.

Если вы хотите смоделировать трансформатор в векторном режиме Блок Powergui, вы должны очистить этот параметр.

Имитация гистерезиса

Выберите для моделирования характеристики насыщения, включая гистерезис, вместо однозначная кривая насыщения. Этот параметр отображается только в том случае, если Simulate параметр насыщенности выбран. По умолчанию сброшен.

Если вы хотите смоделировать трансформатор в векторном режиме Блок Powergui, вы должны очистить этот параметр.

Файл матрицы гистерезиса

Этот параметр отображается только в том случае, если Simulate выбран параметр гистерезис .

Задайте файл .mat , содержащий данные для использования в гистерезисе. модель. Когда вы открываете Hysteresis Design Tool блока Powergui, петля гистерезиса по умолчанию и параметры, сохраненные в мате гистерезиса файл отображаются. Используйте кнопку Load инструмента Hysteresis Design. чтобы загрузить еще один файл .mat . Используйте кнопку Сохранить в инструмент Hysteresis Design, чтобы сохранить вашу модель в новом .mat файл.

Задайте начальные потоки

Если выбрано, начальные потоки определяются Начальные потоки на вкладке Параметры . Укажите Параметр начальных потоков отображается только в том случае, если Simulate параметр насыщенности выбран. По умолчанию сброшен.

Когда Укажите начальные потоки Параметр не выбран при симуляторы, Simscape ™ Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems автоматически вычисляет начальные потоки в запустить моделирование в установившемся режиме.Вычисленные значения сохраняются в Initial. Изменяет параметр и перезаписывает все предыдущие значения.

Измерения

Выберите Напряжения обмоток , чтобы измерить напряжение на клеммы обмотки.

Выберите Токи обмотки , чтобы измерить протекающий ток через обмотки.

Выберите Потоки и токи возбуждения (Im + IRm) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с), а полный ток возбуждения, включая железо потери, моделируемые Rm.

Выберите Потоки и токи намагничивания (Im) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и ток намагничивания в амперах (А), а не включая потери в стали, смоделированные Rm.

Выберите Все измерения (V, I, Flux) для измерения обмотки напряжения, токи, токи намагничивания и потокосцепления.

По умолчанию Нет .

Поместите блок мультиметра в свою модель, чтобы отображать выбранные измерения во время моделирование. В списке доступных измерений Блок мультиметра, измерения обозначаются меткой, за которой следует блок имя.

Если соединение Обмотка 1 (клеммы ABC) установлено на Y , Yn , или Yg , этикетки следующие.

Измерение

Этикетка

Напряжение обмотки 1

010002 Uan_w1: 9ag2 1 токи

Ian_w1:

или

Iag_w1:

Потоки

Magre_A: Flux_A:

Токи возбуждения

Iexc_A:

Те же надписи применяются для обмотки 2, за исключением того, что 1 заменяется на 2 в этикетках.

Если соединение Обмотка 1 (клеммы ABC) установлено на Delta (D1) или Delta (D3) , метки являются следующими.

Измерение

Табличка

Напряжение обмотки 1

Uab_w1:

Токи обмотки 1

Iab_w1:

Гидравлические рычажные передачи

Flux_A 90_401

3

Токи возбуждения

Iexc_A:

Трехфазный генератор сигналов с использованием Opamp

Часто мы считаем важным и удобным наличие трехфазного сигнала множество различных электронных конфигураций, таких как трехфазные инверторы, трехфазные двигатели, преобразователи и т. д.

Поскольку не так просто быстро включить однофазное преобразование в трехфазное, мы находим эту конкретную реализацию трудной для приобретения и применения. Предлагаемая схема позволяет сгенерировать описанные выше хорошо рассчитанные разнесенные и позиционированные выходы синусоидальных волн из одного главного входного источника.

Работа схемы

Функционирование схемы трехфазного генератора сигналов можно понять с помощью следующего пояснения:

Образец синусоидального входного сигнала подается через точку «вход» и землю схемы.Этот входной сигнал инвертируется и буферизуется операционным усилителем A1 с единичным усилением. Этот инвертированный и буферизованный сигнал, полученный на выходе A1, теперь становится новым главным сигналом для предстоящей обработки.

Вышеупомянутый буферизованный мастер-сигнал снова инвертируется и буферизируется следующим операционным усилителем A2 с единичным усилением, создавая выход с нулевой начальной фазой в точках "Phase1"

Одновременно с этим главный сигнал с выхода A1 сдвигается по фазе на 60 градусов через RC-сеть R1, C1 и поступает на вход A4.

A4 настроен как неинвертирующий операционный усилитель с коэффициентом усиления 2, чтобы компенсировать потерю сигнала в конфигурации RC.

Из-за того, что главный сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов относительно входного сигнала и дополнительно сдвинут на дополнительные 60 градусов цепью RC, окончательная форма выходного сигнала сдвигается на 240 градусов и составляет «Фазу 3». сигнал.

Теперь следующий усилитель с единичным усилением A3 суммирует выход A1 (0 градусов) с выходом A4 (240 градусов), создавая сигнал со сдвигом фазы на 300 градусов на его выводе № 9, который, в свою очередь, соответствующим образом инвертируется, сдвигая фазу. на дополнительные 180 градусов, создавая на выходе предполагаемый фазовый сигнал 120 градусов, обозначенный как «Phase2».6) / (6,28 x F x C1)

где:
R1 в кОм
C1 в мкФ

Схема соединений

Список деталей

Все R = 10 кОм
A1 --- A4 = LM324
Питание = +/- 12 В постоянного тока

Частота (Гц) R1 (кОм) C1 (нф)
1000 2,7 100 400 9038 100
60 4.7 1000
50 5.6 1000

Вышеупомянутая конструкция была исследована г-ном Абу-Хафссом и соответствующим образом исправлена ​​для получения законных ответов от схемы, следующие изображения предоставляют подробную информацию относительно то же самое:

Отзыв от г-на Абу-Хафсса:

Мне нужен был трехфазный источник питания 15 В переменного тока для тестирования трехфазных выпрямителей. На днях я смоделировал эту схему, но не смог получить должных результатов.Сегодня я заставил это работать.

IC A2 и резисторы, подключенные к выводу 6, можно исключить. Резистор между контактами 7 и 9 может быть подключен между основным входом и контактом 9. Выход фазы 1 может быть получен от исходного входа переменного тока. Фазу 2 и 3 можно собрать так, как указано на схеме.

Однако мое фактическое требование не могло быть выполнено. Когда эти 3 фазы подключены к трехфазному выпрямителю, форма волны фазы 2 и 3 нарушается. Я пробовал использовать оригинальную схему, в этом случае нарушаются все три фазы

Наконец-то есть решение! Конденсатор емкостью 100 нФ, подключенный последовательно к каждой фазе, и выпрямитель в значительной степени решили проблему.

Хотя выпрямленный выход не согласован, но вполне приемлем

Обновление: На следующем изображении показана гораздо более простая альтернатива для генерации трехфазных сигналов с точностью и без сложных настроек:

Сбалансированные трехфазные Сеть | Однофазная эквивалентная схема

Сбалансированная трехфазная сеть:

Решение сбалансированной трехфазной сети в сбалансированных условиях легко осуществляется путем решения однофазной сети, соответствующей опорной фазе.На рисунке 4.1 показано однофазное решение сбалансированных трехфазных сетей. Таким образом, нейтрали генератора и нагрузки имеют одинаковый потенциал, так что I n = 0. Таким образом, полное сопротивление нейтрали Z n не влияет на поведение сети. Для эталонной фазы а

Токи и напряжения в других фазах имеют такую ​​же величину, но постепенно сдвигаются по фазе на 120 °. Уравнение (4.1) соответствует однофазной сети на рис. 4.2, решение которой полностью определяет решение трехфазной сети.

Рассмотрим теперь случай, когда трехфазный трансформатор является частью трехфазной системы. Если трансформатор подключен по схеме Y / Y, как показано на рис. 4.3a, в однофазном эквиваленте трехфазной цепи он, очевидно, может быть представлен однофазным трансформатором (как на рис. 4.3b) с первичной и вторичная, относящаяся к фазе А трехфазного трансформатора.

Если трансформатор подключен по схеме Y / Δ, как показано на рис.4.4a, сторона треугольника должна быть заменена эквивалентным соединением звездой, как показано пунктиром, чтобы получить однофазный эквивалент, показанный на рис. 4.4b. Однако здесь следует отметить важный факт. На стороне треугольника напряжение относительно нейтрали V AN и линейный ток I A имеют определенный сдвиг фазового угла относительно значений V и на стороне звезды и I a (90 ° для показанной маркировки фаз). В однофазном эквиваленте (V AN , I A ) находятся соответственно в фазе (V и , I и ).Поскольку как фазное напряжение, так и линейный ток сдвигаются на один и тот же фазовый угол со звезды на треугольник, трансформатор по фазному импедансу и поток мощности сохраняются в однофазном эквиваленте.

В большинстве аналитических исследований нас просто интересует величина напряжений и токов, так что однофазный эквивалент, показанный на рис. 4.4b, является приемлемым предложением. Везде, где необходимы правильные фазовые углы токов и напряжений, поправку можно легко применить после получения решения через эквивалент однофазного трансформатора.

Здесь можно отметить, что независимо от типа подключения коэффициент преобразования однофазного эквивалента трехфазного трансформатора такой же, как коэффициент преобразования между фазами.

Фазовый сдвиг и полярность - нарушение напряжения

Фазовый сдвиг и полярность фаз между двумя обмотками однофазного трансформатора зависит от того, как обмотки намотаны на сердечник. Фазовый сдвиг трансформатора и полярность трансформатора необходимо учитывать для многих приложений, некоторые из которых:

  • Создание трехфазного трансформатора с использованием однофазных трансформаторов
  • Параллельная работа трансформаторов
  • Подключение трансформатора напряжения для учета
  • Трансформаторы напряжения для проверки синхронизма между двумя источниками, защиты и т. Д.

В этой статье обсуждаются основы полярности трансформатора. Обсуждается метод проверки полярности трансформатора напряжения (PT или VT) и предоставляются фактические результаты испытаний.

Сдвиг фазы трансформатора

Существует четыре различных способа подключения однофазных трансформаторов для образования трехфазных батарей. Это:

Трансформаторы типа "звезда-звезда" и "треугольник-треугольник" не вызывают сдвига фазы от первичной к вторичной.Трансформаторы Delta-Wye имеют фазовый сдвиг 30 градусов, который обсуждается ниже.

Сдвиг фазы трансформатора треугольником-звезда или звезда-треугольник

Мы знаем, что через трансформатор треугольник-звезда (звезда) или звезда-треугольник между линейными напряжениями будет сдвиг фазы на 30 градусов. При этом есть два варианта: треугольник может опережать треугольник на 30 градусов или сторона звезды может опережать дельту на 30 градусов.

Что определяет фазовый сдвиг трансформатора и с какой стороны трансформатора треугольник-звезда опережает или запаздывает?

Ответ : То, как дельта «замкнута», определяет, какая сторона опережает или отстает.Возможны две комбинации, которые обсуждаются ниже:

  1. Дельта-закрытие - тип DAB

Это один из методов закрытия дельта-треугольника. В этой связи сторона полярности фазы A соединена со стороной неполярности фазы B. Схема подключения трехфазного трансформатора с использованием этого метода представлена ​​ниже.

Дельта-закрытие - тип DAB

На рисунке выше показано соединение треугольником-звездой с соединением «DAB». В этом случае сторона треугольника будет опережать сторону звезды на 30 0 . Это нормальное соединение трансформатора "треугольник-звезда" с треугольником на первичной обмотке. Согласно североамериканским стандартам, первичная сторона опережает вторичную сторону низкого напряжения на 30 0 .

2) Замыкание по треугольнику - тип DAC

Это еще один метод закрытия дельта-треугольника. В этом случае сторона полярности фазы A подключена к стороне неполярности фазы C. Схема подключения трехфазного трансформатора с использованием этого метода представлена ​​ниже.

Замыкание по треугольнику - тип DAC

На рисунке выше показано соединение треугольником-звездой с соединением «DAC».В этом случае сторона треугольника будет отставать от стороны звезды на 30 0 . Или, другими словами, сторона звезды будет опережать сторону треугольника на 30 0 . Это нормальное соединение для трансформатора звезда-треугольник со звездой на первичной обмотке.

Обратите внимание, что эти углы фаз относятся к напряжениям прямой последовательности. Метод определения полярности по соединениям обмоток приведен в [1].

DAB против DAC Delta Connection

Полярность трансформатора

Существует два стандарта полярности трансформаторов.Это вычитание и добавление , как показано ниже. Маркировка полярности обозначена знаком «X».

Однофазные силовые трансформаторы (в Северной Америке) могут быть аддитивными или вычитающими в зависимости от кВА и класса напряжения. В других регионах мира также может использоваться сочетание аддитивного и вычитающего трансформаторов полярности. Два правила полярности трансформатора:

  1. Ток, протекающий «внутрь» с обозначением полярности одной обмотки, течет «вне» отметки полярности другой обмотки.Оба тока будут синфазными.
  2. Падение напряжения от полярности к неполярности на одной обмотке по существу синфазно с падением напряжения от полярности к неполярности на другой обмотке.

Аддитивная полярность : Для силовых распределительных трансформаторов, которые подпадают под категорию, указанную в стандарте IEEE ниже, имеет аддитивную полярность. В основном это однофазные распределительные трансформаторы.

IEEE Std C57.12.00-2000 Стандарт для жидкостных распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов гласит, что « Однофазные трансформаторы мощностью 200 кВА и ниже и с номинальным высоковольтным напряжением 8660 В и ниже (напряжение обмотки) должны иметь аддитивную полярность. .Все остальные однофазные трансформаторы должны иметь вычитающую полярность ».

Вычитающая полярность: Большие силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы обычно имеют вычитающую полярность.

Маркировка полярности обозначается точкой или знаком «X» или может обозначаться стандартизованной маркировкой клемм. Ниже представлен еще один способ указания полярности трансформатора. Вторичная полярность определяется расположением «X1» относительно «h2». Если h2 и X1 находятся на одной стороне, то трансформатор имеет вычитающую полярность и наоборот.

Вот приборный трансформатор с вычитающей полярностью. Обратите внимание, что помимо белой «точки», указывающей полярность, на нем также есть маркировка h2 и X1. Схема для этого VT или PT будет такой же, как на рисунке, показанном выше для вычитающей полярности.

Трансформатор напряжения [Квадратный D]

Как проверить полярность трансформатора?

Иногда требуется проверить полярность однофазного трансформатора или трансформатора напряжения (VT или PT) для тестирования или поиска неисправностей.Один из способов проверить ТН с известным коэффициентом трансформации напряжения - подключить источник переменного тока, как показано на рисунке ниже.

Схема проверки полярности трансформатора / трансформатора напряжения (вверху) Упрощенная испытательная схема (внизу)

Примечание. При подключении напряжения следует соблюдать осторожность, поскольку в зависимости от номинального напряжения и клемм, на которых выполняются подключения, может появиться опасное напряжение. Подключение при 120 В переменного тока или меньше должно применяться к клеммам высокого напряжения, а не к клеммам низкого напряжения.

На рисунке выше +, - служат для иллюстрации, обозначают клеммы с одинаковым потенциалом в любой момент времени и не представляют напряжение постоянного тока.

Для обмотки с аддитивной и вычитающей полярностью клеммы h2 и X1 всегда будут иметь одинаковую полярность. Эти знания помогут создать фигуру выше. В приведенном выше примере теста коэффициент трансформации составляет 120 В / 12 В. Если трансформатор напряжения (ТН) имеет аддитивную полярность, мультиметр покажет 132 В. Если ТН имеет вычитающую полярность, то мультиметр покажет 108 В.

Проверка полярности трансформатора напряжения

Ниже представлена ​​испытательная установка для проверки трансформатора напряжения или проверки полярности трансформатора напряжения . Измерительные провода подключаются, как описано в разделе выше . Технические характеристики VT:

Первичный 480 В

Вторичный 120 В

Коэффициент трансформации = 480/120 = 4

h2 и X1 находятся на одной стороне трансформатора (аналогично изображению ТН, показанному выше).Следовательно, VT имеет вычитающую полярность. После выполнения соединений, как показано на схеме выше . Измеренное напряжение на h3 и X2 составляет 90 В.

Это подтверждает, что полярность VT является вычитающей. Напряжение, приложенное к h2 h3, составляет 120 В. В зависимости от коэффициента трансформации на X1 X2 будет индуцировано 120/4 = 30 В. Поскольку обмотки соединены для вычитания полярности, напряжение сети, измеренное на h3 X2, составляет 120–30 = 90 В. Это именно то, что измеряется.

Осциллограммы напряжения от первичной и вторичной обмоток показаны ниже.Для вычитающей полярности формы волны напряжения на h2 h3 и X1 X2 имеют одинаковый фазовый угол. Другими словами, потенциал h2 и X1 повышается и понижается одновременно.

Для аддитивной полярности формы волны напряжения на h2 h3 и X1 X2 имеют разность фаз 180 градусов.

Дополнительное чтение:

Чередование фаз и фазовый угол

Насыщение трансформатора тока

Ссылка [1]: Анализ и проектирование энергосистемы Дж. Дункан Гловер, С.Сарма, Томас Овербай

Как рассчитать формулу и принцип действия фазовращателя - Wira Electrical

Цепи RC , RL и RLC имеют несколько применений переменного тока; такие как: схемы связи, схемы фазовращателя, фильтры, резонансные схемы, мостовые схемы переменного тока и трансформаторы.

Среди этих приложений простое применение - схемы с фазосдвигом RC и мостовые схемы переменного тока. Принцип работы с фазовым сдвигом основан на фазоре.

Phase Shifter

Схема фазового сдвига часто используется для коррекции нежелательного фазового сдвига, который присутствует в цепи, или для получения необходимого специального эффекта.

Схема RC подходит для этой цели, потому что конденсатор заставляет ток в цепи опережать приложенное напряжение.

Два общих примера можно увидеть на Рисунке. (1). (Цепи RL или любые реактивные цепи также могут служить той же цели.)

Рисунок 1.Последовательные RC-цепи сдвига: (a) опережающий выход, (b) запаздывающий выход

На рисунке (1a) ток цепи I опережает приложенное напряжение В i на некоторый фазовый угол θ, где 0 <θ <90 o , в зависимости от значений R и C . Если X C = -1 / ωC, то общий импеданс равен Z = R + jX C , а фазовый сдвиг задается как

(1)

Обратите внимание, что величина фазового сдвига зависит от значений R, C и рабочей частоты.

Поскольку выходное напряжение В o на резисторе находится в фазе с током, В o выводов (положительный фазовый сдвиг) В i , как показано на рисунке (2a).

Рис. 2. Фазовый сдвиг в RC-цепях: (a) опережающий выход, (b) запаздывающий выход

На рисунке (1b), выход проходит через конденсатор.

Ток I опережает входное напряжение В i на θ, но выходное напряжение v o (t) на конденсаторе отстает (отрицательный фазовый сдвиг) от входного напряжения v i (t) , как показано на рисунке.(2б).

Следует иметь в виду, что простые RC-цепи на рисунке (1) также действуют как делитель напряжения.

Следовательно, когда фазовый сдвиг θ приближается к 90, o , выходное напряжение В, , o приближается к нулю.

По этой причине эти простые RC-цепи используются только тогда, когда требуется небольшой сдвиг фазы.

Если желательно, чтобы фазовые сдвиги превышали 60 o , простые RC-цепи объединяются каскадом, тем самым обеспечивая общий фазовый сдвиг, равный сумме отдельных фазовых сдвигов.

На практике фазовые сдвиги из-за каскадов не равны, потому что последующие каскады загружают более ранние каскады, если операционные усилители не используются для разделения каскадов.

Примеры фазовращателя

Для лучшего понимания рассмотрим примеры ниже:

1. Пожалуйста, сделайте схему так, чтобы обеспечить опережение фазы 90 o .

Решение:

Если мы выберем компоненты схемы с равным омическим сопротивлением, скажем, R = | X C | = 20 Ом на определенной частоте согласно Уравнению.(1) фазовый сдвиг составляет точно 45 o .

Посредством каскадирования двух аналогичных RC-цепей на рисунке (1a) мы получаем схему на рисунке. (3),

Рисунок 3

, обеспечивающий положительный или опережающий фазовый сдвиг 90 o , как мы вскоре покажем. Используя метод последовательно-параллельной комбинации, Z на рисунке (3) получается как

(1.1)

Используя деление напряжения,

(1,2)

и

) в (1.3) результаты

Следовательно, выход опережает вход на 90 o , но его величина составляет только около 33% входных.

2. Для схемы RL, показанной на рисунке (4a), вычислите величину фазового сдвига, возникающего при 2 кГц.

Рисунок 4

Решение:

При 2 кГц мы преобразуем индуктивности 10 мГн и 5 мГн в соответствующие импедансы.

Рассмотрим схему на рисунке (4b). Импеданс Z представляет собой параллельную комбинацию j125,7 Ом и 100 + 62,83 Ом. Таким образом,

(2.1)

Используя деление напряжения,

(2.2)

и

(2.3)

Объединение уравнений. (2.2) и (2.3),

показывает, что выход составляет около 19% входного по величине, но опережая входные данные на 100 o .

Если цепь замыкается нагрузкой, нагрузка влияет на фазовый сдвиг.

Проектирование генераторов с фазовым сдвигом для схем тремоло

Разработка генераторов фазового сдвига для схем тремоло

Что такое генератор сдвига фаз?

«Генератор с фазовым сдвигом» - это термин, обозначающий топологию конкретной схемы генератора, которая использует RC-цепь в контуре обратной связи лампы, транзистора или операционного усилителя для генерации необходимого фазового сдвига на определенной частоте для поддержания колебаний.Они умеренно стабильны по частоте и амплитуде и очень просты в проектировании и изготовлении.

Где они используются?

Генераторы фазового сдвига чаще всего используются в схемах тремоло в гитарных усилителях. Они используются в качестве низкочастотного генератора (LFO), который генерирует синусоидальную волну, амплитуда которой модулирует гитарный сигнал для создания характерных вариаций амплитуды тремоло.

Как они работают?

Чтобы создать и поддерживать колебание на определенной частоте, схема должна иметь коэффициент усиления выше единицы и полный фазовый сдвиг вокруг контура на 360 градусов (что эквивалентно 0 градусов или положительной обратной связи).При использовании одноступенчатого инвертирующего элемента усиления, такого как лампа, транзистор или инвертирующий операционный усилитель, сам усилитель обеспечивает сдвиг фазы на 180 градусов (коэффициент усиления -A, где A - коэффициент усиления каскада усиления). Остальные 180 градусов фазового сдвига, необходимые для обеспечения в сумме 360 градусов, обеспечиваются внешней сетью резисторов и конденсаторов.

Ниже представлена ​​принципиальная схема типичного генератора с фазовым сдвигом:


Генератор фазового сдвига

Триод сконфигурирован как инвертирующий усилитель для обеспечения необходимого усиления, а цепь обратной связи подключена от пластины к сети.

Элементами фазового сдвига являются C1 / R1, C2 / R2 и C3 / R3. Три из этих фазовых цепей 1 дают в общей сложности 180 градусов фазового сдвига на частоте колебаний. Обратите внимание, что генератор фазового сдвига также может быть построен с использованием четырех или более элементов фазового сдвига, при этом каждый элемент вносит меньший общий фазовый сдвиг на частоте колебаний. Обычно в этом нет необходимости, так как для этого требуются дополнительные компоненты. Однако требуется минимум три схемы фазового сдвига, поскольку максимальный теоретический фазовый сдвиг, доступный для любой одной RC-цепи, составляет 90 градусов, а фактический фазовый сдвиг приближается к этому значению асимптотически.

Генератор фазового сдвига также может быть изготовлен с использованием трех схем фазового запаздывания, которые получаются путем перестановки позиций компонентов значений R и C на приведенной выше схеме. Для сети с запаздыванием потребуется один дополнительный соединительный колпачок для блокировки постоянного напряжения на пластине от сети и один дополнительный резистор для обеспечения опорного заземления смещения сетки для V1A, поэтому обычно он не используется.

Ниже приведен пример цепи с опережением фазы и запаздывания фазы, рассчитанный на сдвиг фазы на 45 градусов в точке -3 дБ при f = 1 / (2 * Pi * R * C) = 1 / (2 * Pi * 1 мг *.01 мкФ) = 15,9 Гц:


Сеть фазового опережения Сеть фазового отставания

Ниже приведен график характеристик фазового сдвига и затухания в цепях опережения фазы и запаздывания фазы:

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Как видно из графика, фазовая сеть начинается примерно с +90 градусов при 0,1 Гц и сдвигается на +45 градусов в точке -3 дБ, равной 15.9 Гц, с переходом на 0 градусов выше 1 кГц. С другой стороны, сеть с фазовой задержкой начинается с 0 градусов, сдвигается на -45 градусов в точке -3 дБ и продолжается в сторону -90 градусов выше 1 кГц. Любой из них обеспечит эффективный фазовый сдвиг 0 градусов, когда три из них объединены с фазовым сдвигом усилителя на 180 градусов, как показано на схеме генератора фазового сдвига.

Можно показать 2 , что затухание элементов фазового сдвига в контуре обратной связи составляет 1/29, поэтому генератор будет колебаться, если коэффициент усиления усилителя больше 29 (что приведет к общему усилению контура выше единичного усиления, и удовлетворяют критерию усиления для колебаний).Колебания будут происходить с частотой, задаваемой следующим уравнением:

f o = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * R * C)

Чтобы получить наименьшие искажения для наилучшей синусоидальной волны, усилитель должен работать с коэффициентом усиления ровно 29, что является минимальным уровнем, необходимым для поддержания колебаний. Это даст чистейшую синусоидальную волну, однако это непрактично, если можно заменить лампы с различным коэффициентом усиления (для этого обычно требуется регулировочный регулятор для подстройки усиления), или если частота колебаний должна быть отрегулирована таким образом, чтобы изменить прирост сети.По этим причинам усиление обычно повышается и выполняется постфильтрация сигнала для удаления нежелательных гармонических искажений.

Если используются сети с четырьмя фазными выводами, фазовый сдвиг на секцию на частоте колебаний ниже, следовательно, затухание в сети также ниже, около 1/18. Это позволяет при необходимости использовать лампы с более низким коэффициентом усиления, поскольку коэффициент усиления усилителя должен быть не менее 18,

.


Методика расчета

Ниже приведены шаги, необходимые для создания генератора с фазовым сдвигом на вакуумной лампе.В этом примере мы предположим, что желательно сделать трехступенчатый генератор с фазовым сдвигом на вакуумной лампе с номинальной частотой колебаний 7 Гц.

  • Сначала необходимо спроектировать усилитель с коэффициентом усиления более 29. Это требование повлияет на тип выбранной трубки. Например, 12AU7 не будет работать в этой схеме, потому что он имеет коэффициент усиления всего 17, что ниже минимального коэффициента усиления 29.Обратите внимание, что фактическое усиление, полученное от лампы, всегда значительно меньше, чем коэффициент усиления, который является теоретическим максимумом, достигаемым от лампы, и то только при бесконечном импедансе нагрузки (нагрузка источника тока является хорошим приближением к этому). Как правило, 12AX7 с коэффициентом усиления 100 обеспечивает усиление около 60 или выше при нагрузке на резистивную пластину, когда катод полностью шунтируется. Коэффициент усиления 12AX7 без обхода также может быть больше 29, поэтому вы можете спроектировать схему без байпасного конденсатора, и она будет работать нормально.при условии, что пластинчатые и катодные резисторы рассчитаны на необходимое усиление. Это не относится к лампам с более низким коэффициентом усиления, где вам все равно понадобится байпасный конденсатор для достижения требуемого усиления 29. Для полноты, этот пример показывает расчет байпасного конденсатора, даже если используется 12AX7.

  • Предполагая, что выбран 12AX7, следующие расчеты для усиления и выходного сопротивления:

Некоторые типичные номера 12AX7:
сопротивление пластины: ra = 62.Коэффициент усиления 5K
: mu = 100

  • Нагрузочное сопротивление пластины 100 кОм и катодное сопротивление 820 Ом выбраны для обеспечения хорошего усиления и линейности. Чтобы максимизировать усиление и минимизировать выходное сопротивление, катод должен быть полностью отключен на частоте колебаний. Усиление средней полосы для 12AX7 с полностью шунтированным катодом составляет:

Av = (mu * Rl) / (Rl + ra)

= (100 * 100 КБ) / (100 КБ + 62.5К)

= 61,5

Где:

Rl = нагрузочный резистор (в данном примере 100 кОм)

ra = внутреннее сопротивление пластины (62,5 кОм для типичного 12AX7)

mu = микрон трубки (100 для типичного 12AX7)


Расчетное усиление 61,5 выше, чем требуемое минимальное усиление 29, поэтому этот усилитель будет работать в схеме генератора с фазовым сдвигом.

  • Затем вычисляется выходное сопротивление каскада. Поскольку внутреннее сопротивление пластины фактически параллельно нагрузочному резистору пластины, выходное сопротивление (для сигнала, снятого с пластины) будет:

R = ra || Rl

= 62,5 К || 100 тыс.

= 38,5 К

Примечание: символ «||» означает «параллельно с».Резисторы, включенные параллельно, складываются обратно, т.е. 1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2.

  • Затем необходимо рассчитать сопротивление, видимое при взгляде на катод, так как оно необходимо для определения номинала необходимого байпасного конденсатора.

Сопротивление, видимое при взгляде на катод (без обхода Rk), составляет:

Rk '= (Rl + ra) / (mu + 1)
= (100K + 62,5K) / (101)
= 1.6K

Следовательно, полное катодное сопротивление представляет собой параллельную комбинацию катодного сопротивления Rk 'и катодного резистора Rk, как показано ниже:

R = Rk '|| Rk
= 1,6K || 820
= 542 Ом

  • Затем необходимо рассчитать емкость катодного шунтирующего конденсатора. Поскольку усиление усилителя должно быть максимальным на частоте колебаний, минимальное значение конденсатора выбирается с использованием следующего уравнения для точки -3 дБ усилителя.

f = 1 / (2 * PI * R * C)

решение для C:

C = 1 / (2 * PI * R * f)


Таким образом, минимальное значение байпасного конденсатора составляет:

C = 1 / (2 * PI * 542 * 7 Гц) = 42 мкФ


В этот момент коэффициент усиления усилителя снизится на -3 дБ, что соответствует уменьшению усиления на 0,707 на 61,5 или на 43,5, что все еще намного выше требуемого минимума 29.Однако, чтобы максимизировать усиление и сохранить минимальным фазовый сдвиг, связанный с катодным байпасным конденсатором, емкость конденсатора должна быть увеличена примерно до пяти-десятикратного минимального расчетного значения, например 470 мкФ, что дает точку -3 дБ, равную 0,62. Гц.

Шунтирующий конденсатор для достижения высокого усиления на очень низких частотах может стать довольно большим, если с небольшими значениями катодного резистора. У 12AX7 избыточного усиления достаточно, чтобы схема могла работать даже на очень низких частотах, но это может быть проблемой с другими лампами с более низким усилением.

  • Выбор компонента сети с фазовым сдвигом:

  • Поскольку импеданс пропорционален шунтирующему элементу в цепи с фазовым сдвигом 2 , в этом случае сначала необходимо выбрать подходящее значение сопротивления резистора. Входной импеданс сети должен быть большим по сравнению с выходным импедансом усилителя, чтобы существенно не загружать выход, что уменьшило бы усиление, возможно, до точки, когда он больше не сможет выдерживать колебания.Хорошее минимальное значение примерно в десять раз превышает фактическое выходное сопротивление каскада усиления. Поскольку входной импеданс пропорционален шунтирующему элементу и примерно в два раза превышает значение шунтирующего элемента на частоте колебаний, сопротивление может быть выбрано равным половине необходимого импеданса. Это сопротивление затем будет определять емкость конденсатора, необходимую для достижения желаемой частоты колебаний. Поскольку в нашем примере выходной импеданс составляет 38,5 кОм, хорошее минимальное значение входного импеданса в десять раз больше этого значения, чтобы предотвратить нагрузку на выходной каскад.Поскольку значение сопротивления для достижения этого импеданса составляет примерно половину полного импеданса, значение, в пять раз превышающее выходное сопротивление, или 5 * 38,5 кОм = 193 кОм, будет работать.

  • Далее рассчитывается значение емкости по формуле для частоты:

f

или

= 1 / (2 * Пи * Кв (6) * R * C)


решение для C:

C = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * f

или

* R) = 1 / (2 * Pi * 2.45 * 7 * 193K) = 0,048 мкФ (используйте 0,047 мкФ как ближайшее меньшее стандартное значение)

Поскольку номиналы конденсаторов обычно доступны в значениях 10%, а резисторы чаще доступны в значениях 5% или даже 1%, значение резистора следует пересчитывать на основе выбранного стандартного номинала конденсатора.

решение для R:

R = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * f

или

* C) = 1 / (2 * Pi * 2,45 * 7 * 0,047 мкФ) = 198K (используйте 200K в качестве ближайшего большего стандартного значения)

При выборе конденсатора лучше всего выбрать следующий меньший размер, потому что это приведет к увеличению входного импеданса, поскольку для достижения желаемой частоты потребуется большее сопротивление.Аналогичным образом, при выборе сопротивления лучше выбрать следующий больший размер, так как это также увеличит входной импеданс цепи с фазовым сдвигом.

  • Затем конструкция создается и испытывается, а номиналы резистора или конденсатора подгоняются по мере необходимости, чтобы обеспечить точную желаемую частоту колебаний. Ниже приведен результат работы завершенного осциллятора с использованием вычисленных выше значений:



Присутствуют небольшие гармонические искажения, о чем свидетельствует "перегиб" на нижних краях синусоидальной волны.Этого можно избежать, слегка отфильтровав выходной сигнал, либо с помощью RC-фильтра, либо путем добавления конденсатора к пластинчатому нагрузочному резистору, который действует как фильтр нижних частот первого порядка, чтобы немного уменьшить искажения. Частота среза фильтра не может быть слишком низкой на пластинчатом резисторе, иначе усиление будет уменьшено ниже уровня, необходимого для поддержания колебаний. Хороший первый выбор - выбрать конденсатор, который будет создавать точку -3 дБ, примерно в 3 раза превышающую частоту колебаний. Его можно рассчитать, используя выходное сопротивление каскада следующим образом:

C = 1 / (2 * Pi * 3 * f

или

* R) = 1 / (2 * Пи * 3 * 7 * 38.5K) = 0,197 мкФ (используйте 0,2 мкФ в качестве ближайшего стандартного значения)


Если начальное усиление усилителя слишком низкое, этот дополнительный фильтр может снизить усиление слишком сильно, чтобы поддерживать колебания, в этом случае его следует увеличить, или следует использовать пост-фильтр RC после генератора.

Окончательная схема и выходной график показаны ниже:


Завершенная разработка осциллятора со сдвигом фаз

Обратите внимание, что гармонические искажения были значительно уменьшены в приведенном выше выходе за счет некоторого уменьшения амплитуды.При желании емкость фильтрующего конденсатора может быть уменьшена до такой степени, что можно просто убрать искажения до удовлетворительного уровня для большего усиления.


Изменения конструкции тремоло-генератора

Есть несколько факторов, которые необходимо учитывать при разработке генератора с фазовым сдвигом для использования в качестве генератора тремоло в гитарном усилителе. Их:

    • Схема тремоло должна иметь генератор переменной частоты, который регулируется одним потенциометром.Генератор должен иметь относительно широкий диапазон частот (обычно от 2 Гц до 8 Гц), необходимость поддерживать относительно постоянную амплитуду во всем диапазоне регулировки потенциометра и необходимость поддерживать значение потенциометра на достаточно низком уровне, чтобы иметь возможность использовать стандартные готовые детали.
    • Идеальный метод регулировки частоты - использовать тройной потенциометр для управления всеми тремя секциями фазового сдвига. Это не всегда практично, поэтому обычно корректируется только один раздел.Обычно лучше настраивать последнюю часть фазового сдвига, а не первую после усилителя, так как это обычно дает более широкий диапазон управления.
    • Требование к резисторам меньшего номинала вынуждает конструкцию использовать конденсаторы большего размера, которые имеют меньшее реактивное сопротивление на частоте колебаний. Из-за этого лучше спроектировать для более низкого выходного импеданса, используя лампу с более низким внутренним сопротивлением пластины, или пожертвовать некоторым усилением, используя более низкие значения сопротивления пластины.Однако для этого может потребоваться катодный байпасный конденсатор большего размера для поддержания усиления на более низких частотах.
    • При использовании цепи фазовых выводов полное сопротивление цепи фазового сдвига пропорционально значению R, поэтому оно должно быть максимально большим по сравнению с выходным сопротивлением усилителя. Это минимизирует колебания усиления при настройке частоты, однако это контрастирует с необходимостью поддерживать низкие значения потенциометра и сопротивления, поэтому лучшим общим решением является использование наименьшего практического выходного импеданса.

Как и в приведенном выше примере конструкции с фиксированной частотой, первым шагом является создание подходящего усилителя. В этом примере мы предположим, что желателен диапазон регулировки частоты от 2 Гц до 8 Гц. Обратите внимание, что разница между выбранной минимальной частотой очень важна на этих низких частотах, потому что она определяет диапазон регулировки генератора. Например, для диапазона от 1 Гц до 7 Гц требуется генератор, который можно настраивать в диапазоне 7: 1, а для диапазона от 2 Гц до 8 Гц требуется только генератор, который можно настраивать в диапазоне 4: 1, даже если общая частота разница такая же.Это имеет большое значение в конструкции части регулировки частоты генератора.

  • Сначала необходимо спроектировать усилитель с коэффициентом усиления более 29. Требование к широкому диапазону регулировки с помощью потенциометров с низким значением требует трубки с низким сопротивлением пластины. Для этого примера выбран 12AT7.

Некоторые типичные номера 12AT7:
сопротивление пластины: ra = 10.Коэффициент усиления 9K
: mu = 60

  • Сопротивление нагрузки пластины выбрано 47 К. Нанесение этой линии нагрузки на характеристические кривые 12AT7 при 300 В приводит к требуемой точке смещения сетки около -3 В / 2,5 мА, поэтому выбран резистор 3 В / 2,5 мА = 1,2 К. Чтобы максимизировать усиление, катод должен быть полностью шунтирован на частоте колебаний. Усиление в средней полосе для 12AT7 с полностью шунтированным катодом составляет:

Av = (mu * Rl) / (Rl + ra)

= (60 * 47 КБ) / (47 КБ + 10.9K)

= 48,7

Где:

Rl = нагрузочный резистор (47 кОм в данном примере)

ra = внутреннее сопротивление пластины (10,9 кОм для типичного 12AT7)

mu = микрон трубки (60 для типичного 12AT7)


Расчетное усиление 48,7 выше требуемого минимального усиления 29, поэтому этот усилитель будет работать в схеме генератора с фазовым сдвигом.

  • Затем вычисляется выходное сопротивление каскада. Поскольку внутреннее сопротивление пластины фактически параллельно нагрузочному резистору пластины, выходное сопротивление (для сигнала, снятого с пластины) будет:

R = ra || Rl

= 10,9 КБ || 47 К

= 8,85 К

  • Затем необходимо рассчитать сопротивление, видимое при взгляде на катод, так как оно необходимо для определения номинала необходимого байпасного конденсатора.

Сопротивление, видимое при взгляде на катод (без обхода Rk), составляет:

Rk '= (Rl + ra) / (mu + 1)
= (47K + 10.9K) / (61)
= 949 Ом

Следовательно, полное катодное сопротивление представляет собой параллельную комбинацию катодного сопротивления Rk 'и катодного резистора Rk, как показано ниже:

R = Rk '|| Rk
= 949 || 1,2 кОм
= 530 Ом

  • Затем необходимо рассчитать емкость катодного шунтирующего конденсатора.Поскольку коэффициент усиления усилителя должен быть максимальным при самой низкой частоте колебаний, минимальное значение емкости конденсатора выбирается с использованием следующего уравнения для точки -3 дБ усилителя.

f = 1 / (2 * PI * R * C)

решение для C:

C = 1 / (2 * PI * R * f)


Таким образом, минимальное значение байпасного конденсатора составляет:

C = 1 / (2 * PI * 530 * 2 Гц) = 150 мкФ


В этот момент усиление усилителя будет на -3 дБ, что соответствует уменьшению усиления на 0.707 умножить на 48,7, или 34, что все еще выше требуемого минимума 29. Однако, чтобы максимизировать усиление и сохранить минимальным фазовый сдвиг, связанный с катодным байпасным конденсатором, значение конденсатора следует увеличить примерно до пяти-десяти. умноженное на минимальное расчетное значение, такое как 820 мкФ, что дает точку -3 дБ 0,62 Гц. Обратите внимание, что требуемая емкость конденсатора может стать довольно большой, если низкочастотные генераторы спроектированы с лампами с низким коэффициентом усиления и низким внутренним сопротивлением пластины.

  • Выбор компонента сети с фазовым сдвигом:

  • Поскольку импеданс пропорционален шунтирующему элементу в цепи с фазовым сдвигом 2 , в этом случае сначала необходимо выбрать подходящее значение сопротивления резистора. Входной импеданс сети должен быть большим по сравнению с выходным импедансом усилителя, чтобы существенно не загружать выход, что уменьшило бы усиление, возможно, до точки, когда он больше не сможет выдерживать колебания.Хорошее минимальное значение примерно в десять раз превышает фактическое выходное сопротивление каскада усиления. Поскольку входной импеданс пропорционален шунтирующему элементу и примерно в два раза превышает значение шунтирующего элемента на частоте колебаний, сопротивление может быть выбрано равным половине необходимого импеданса. Это сопротивление затем будет определять емкость конденсатора, необходимую для достижения желаемой частоты колебаний. Поскольку в нашем примере выходной импеданс составляет 8,85 кОм, хорошее минимальное значение входного импеданса в десять раз больше этого значения, чтобы предотвратить нагрузку на выходной каскад.Поскольку значение сопротивления для достижения этого импеданса составляет примерно половину полного импеданса, значение, в пять раз превышающее выходное сопротивление, или 5 * 8,85 кОм = 44,3 кОм, будет работать.

  • Далее рассчитывается значение емкости по формуле для частоты:

f

или

= 1 / (2 * Пи * Кв (6) * R * C)


решение для C и использование значения наивысшей частоты (8 Гц) в диапазоне генератора:

C = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * f

или

* R) = 1 / (2 * Pi * 2.45 * 8 * 44,3 К) = 0,183 мкФ (используйте 0,18 мкФ в качестве ближайшего меньшего стандартного значения)

Поскольку номиналы конденсаторов обычно доступны в значениях 10%, а резисторы чаще доступны в значениях 5% или даже 1%, значение резистора следует пересчитывать на основе выбранного стандартного номинала конденсатора.

решение для R:

R = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * f

или

* C) = 1 / (2 * Pi * 2,45 * 8 * 0,18 мкФ) = 45K (используйте 47K в качестве ближайшего большего стандартного значения)

При выборе конденсатора лучше всего выбрать следующий меньший размер, потому что это приведет к увеличению входного импеданса, поскольку для достижения желаемой частоты потребуется большее сопротивление.Аналогичным образом, при выборе сопротивления лучше выбрать следующий больший размер, так как это также увеличит входной импеданс цепи с фазовым сдвигом.

  • Затем, чтобы изменить частоту, сопротивление должно изменяться в диапазоне, эквивалентном требуемому диапазону частот. В этом примере диапазон должен быть 4: 1, поэтому требуется тройной банк 4 * 47K или 188K, поэтому в качестве ближайшего стандартного значения выбрано 200K. В этом примере выбран тройной горшок, потому что он обеспечивает лучший диапазон регулировки.

Схема готовой схемы:

Завершенный проект генератора переменного фазового сдвига

Эта конструкция, использующая стандартные значения, закончилась диапазоном регулировки частоты от 1,5 Гц до 7,3 Гц. Его можно уменьшить, уменьшив емкость конденсатора с 0,18 мкФ до 0,15 мкФ для достижения исходной спецификации от 2 Гц до 8 Гц. При желании можно сделать фильтр нижних частот с использованием конденсатора на пластинчатом резисторе 47 кОм, как показано в конструкции с фиксированной частотой, но он будет эффективен только на более высоких частотах, так как потребуется фильтр с переменной частотой среза для правильной фильтрации весь диапазон регулировки автогенератора.

Рекомендации по проектированию для использования одного потенциометра для управления частотой

С точки зрения стоимости и доступности деталей желательно иметь возможность использовать один потенциометр для управления частотой вместо тройного потенциометра. Хотя это вызовет умеренное изменение амплитуды в зависимости от частоты, это не является большой проблемой для гитарного усилителя, потому что естественно регулировать скорость и интенсивность в интерактивном режиме до тех пор, пока не будет достигнут желаемый эффект, при условии, что отклонения нет. т тоже заметно.Основные конструктивные особенности:

  • Усилитель должен иметь более высокое усиление, чем номинальное усиление, равное 29. Это необходимо для учета вариаций усиления, поскольку вариация импеданса и усиление сети больше при регулировке с одним потенциометром.

  • Схема фазового сдвига должна быть рассчитана на частоту около половины максимальной, а потенциометр должен использоваться для установки коэффициентов усиления выше и ниже номинальной частоты с помощью последовательного ограничивающего резистора меньшей частоты, чем рассчитанное номинальное значение для половины частоты.

  • Диапазон потенциометра не более чем в пять раз превышает номинальное значение сопротивления, в противном случае колебания могут прекратиться при более высоких настройках. Величина изменения частоты ограничена примерно 3: 1 или около того.

Как и в приведенном выше примере конструкции с фиксированной частотой, первым шагом является создание подходящего усилителя.В этом примере мы предположим, что желателен диапазон регулировки частоты от 2 Гц до 6 Гц. Это соответствует приблизительному ограничению диапазона 3: 1, налагаемому конструкцией с одним горшком.

Поскольку нам нужен усилитель с избыточным усилением, мы будем использовать схему усилителя 12AX7 из первого примера с фиксированной частотой. Однако, поскольку нам нужна номинальная частота около 4 Гц, компоненты фазового сдвига будут пересчитаны следующим образом:

  • Выбор компонента сети с фазовым сдвигом:

  • Импеданс цепи с фазовым сдвигом останется таким же, как и ранее вычисленный, поэтому будет использоваться первоначально рассчитанное значение резистора 200 кОм.

  • Поскольку частота будет изменяться в диапазоне ниже 7 Гц, номинал катодного байпасного конденсатора должен быть увеличен с 470 мкФ.


Таким образом, минимальное значение байпасного конденсатора составляет:

C = 1 / (2 * PI * 542 * 2 Гц) = 147 мкФ


Как указано в исходной конструкции, это значение емкости конденсатора приведет к тому, что характеристика усилителя будет ниже -3 дБ при самой низкой частоте колебаний 2 Гц.Лучше всего увеличить емкость конденсатора в пять-десять раз, чтобы избежать потери усиления в более низком частотном диапазоне. Хорошее компромиссное значение между размером и частотной характеристикой составляет 820 мкФ, что дает точку -3 дБ на уровне 0,4 Гц.

  • Далее рассчитывается значение емкости по формуле для частоты:

f

или

= 1 / (2 * Пи * Кв (6) * R * C)


решение для C и использование значения номинальной частоты (4 Гц) в диапазоне генератора:

C = 1 / (2 * Pi * Sqrt (6) * f

или

* R) = 1 / (2 * Pi * 2.45 * 4 * 200K) = 0,081 мкФ (используйте 0,082 мкФ в качестве ближайшего стандартного значения)

  • Затем, чтобы изменить частоту, сопротивление должно быть изменено в более широком диапазоне, чем это требуется для версии с тройным потенциометром. Чтобы достичь соотношения 3: 1, диапазон потенциометра должен составлять около 5: 1, поэтому требуется горшок 5 * 200K, или 1 мегабайт.

  • Потенциометр включен последовательно между первым резистором и землей.Чтобы отрегулировать частоту как выше, так и ниже номинального значения 4 Гц, значение первого резистора снижается с 200 кОм до примерно 1/5 от значения, или 40 кОм (39 кОм выбрано как ближайшее стандартное значение).

Схема готовой схемы:


Завершенная конструкция однотактного генератора с регулируемым фазовым сдвигом

Этот генератор имеет диапазон от 2 Гц до 6,5 Гц с изменением амплитуды от 204 В при 6.От 5 Гц до 163 В при 2 Гц. Как и ожидалось, изменение амплитуды довольно велико по сравнению с версией с тройным потенциометром, а диапазон регулировки частоты меньше. Однако это должно быть приемлемым качеством для генератора тремоло гитарного усилителя.

Соображения по конструкции: педальный переключатель и проблемы запуска для схем тремоло

Единственный способ заставить такой генератор запускаться быстро и надежно - это внести внешние помехи в виде переходных процессов по напряжению или току.В общем, чем больше переходный процесс, тем быстрее запускается. Типичный метод включения и выключения тремоло - использование ножного переключателя, который убивает смещение секции усилителя осциллятора.

Одна из проблем с такой схемой педального переключателя заключается в том, что усилитель отключается путем снятия смещения на катоде с помощью закорачивающего переключателя. Чтобы колебаться, он должен сначала усилиться. Педальный переключатель обеспечивает пусковой удар в виде переходного процесса, когда катодное напряжение повышается от короткого замыкания до 1.Номинальная стабильная точка 6 В, но байпасный колпачок, который должен быть там, чтобы получить достаточный коэффициент усиления для колебаний, теперь работает против вещей, замедляя и ограничивая величину переходного процесса при запуске. Как можно видеть, ранее упомянутое требование к байпасному конденсатору большой емкости для получения достаточного усиления на низких частотах теперь противоречит требованию быстрого переходного процесса для надежного запуска генератора. В этих случаях конденсатор должен быть рассчитан на значение чуть выше требуемого для надежной генерации.В некоторых случаях осциллятор все равно будет медленно запускаться или может вообще не запускаться.

Обычно легче запустить генераторы этого типа, если усилитель остается включенным, смещенным в нужную точку работы, и где-то в цепи появляется внешний переходный процесс переменного тока. Однако это не так просто сделать, когда все, что у вас есть, - это ножной переключатель, который должен быть заземлен с одной стороны и иметь безопасное напряжение на другой клемме, и нет схемы для генерации пускового импульса для ввода в цепь.

Один из способов добиться этого - добавить резистор большого номинала от «центрального резистора», или R2, как показано в приведенных выше примерах, к источнику питания и подключить ножной переключатель к соединению двух резисторов. Обычно сопротивление резистора должно быть примерно в десять раз больше, чем сопротивление центрального резистора. Когда переключатель заземлен, генератор выключен, потому что цепь обратной связи переменного тока нарушена, но смещение постоянного тока на трубке остается прежним, поскольку соединительные крышки с обеих сторон блокируют постоянное напряжение.Это оставляет усилитель смещенным для нормальной работы. Когда переключатель разомкнут, происходит быстрый переходный процесс относительно высокого напряжения переменного тока, который включается в цепь сети, что быстро запускает колебания. Недостатком является то, что соединение двух резисторов находится примерно на 1/11 напряжения питания при нормальной работе, что означает, что это напряжение появляется на центральном выводе ножного переключателя, что может быть небезопасным, особенно если выходит из строя резистор между центром и землей. Кроме того, эта схема может не ускорять начальную задержку запуска при включении, а только задержку запуска ножного переключателя, но это обычно приемлемо.

Другой метод - подключить «пусковой» резистор к катоду лампы генератора, как это используется во многих схемах Fender, таких как Vibrolux 6G11. Это обеспечит меньшее и более безопасное напряжение постоянного тока для запуска. но запускается немного медленнее, чем «кикстарт» с более высоким напряжением, потому что катодное напряжение составляет всего один или два вольта.

Третий метод, который используется в некоторых усилителях DeArmond, заключается в подключении «пускового» резистора между R1 и узлом B + на экране или пластине и подключении педального переключателя к нижней части R2.Узел источника питания обычно имеет пилообразную пульсацию 120 Гц в несколько вольт, которая обеспечивает необходимый «шум» для запуска генератора.


Приложение A: Математика, лежащая в основе генератора фазового сдвига:

1 Анализ фазовой сети:

Односекционная передаточная функция сети с фазными выводами может быть получена с использованием следующего правила делителя напряжения:
Vo = Vi * R / (R + 1 / sC) = Vi * sRC / (sRC + 1)
Следовательно, передаточная функция H (s) равна:
H (s) = Vo / Vi = sRC / (sRC + 1)

, где s = jw = j * 2 * Pi * f
и j = sqrt (-1)

Комплексное число в форме C = A + jB имеет как величину, так и фазу.Величина равна квадратному корню из суммы квадратов действительной и мнимой частей, а фаза равна арктангенсу мнимой части, деленной на действительную часть, как показано ниже:
Величина H (s) = sqrt (A 2 + B 2 )

Фаза H (s) = tan -1 (B / A)

Следовательно, величина передаточной функции фазовых выводов следующая:
| H (jw) | = sqrt [(wRC) 2 ] / (sqrt (1 2 + (wRC) 2 )) = (wRC) / sqrt (1+ w 2 R 2 C 2 )
А фаза передаточной функции фазового вывода равна:
ø = (фаза числителя - фаза знаменателя) = tan -1 (wRC / 0) - tan -1 (wRC / 1) = 90 o - tan -1 (wRC)
Используя приведенный пример, R = 1Meg и C = 0.01 мкФ:
| H (jw) | = (2 * Pi * f) * (1e 6 ) (0,01e -6 ) / sqrt (1 + (2 * Pi * f) 2 * (1e 6 ) 2 * ( 0,01e -6 ) 2 ) = (0,06283 * f) / sqrt (1 + .00395 * f 2 )

ø = 90 - загар -1 (2 * Pi * f * R * C) = 90 - загар -1 (2 * Pi * f * (1e 6 ) (0,01e -6 ) ) = 90 - загар -1 (0,06283 * f)

Следовательно, на частоте 15,9 Гц амплитуда и фаза будут:
| H (jw) | = (0.06283 * 15,9) / sqrt (1 + 0,00395 * 15,9 2 ) = 0,707 = -3,01 дБ

ø = 90 - желто-коричневый -1 (0,06283 * 15,9) = 45 o

Если в уравнения подставить f = 0, результирующая величина будет равна нулю (как и должно быть, поскольку конденсатор блокирует постоянный ток), а результирующая фаза перейдет на 90 градусов.
Если в уравнения подставляется f = бесконечность, результирующая величина становится равной 1 или 0 дБ, а результирующий фазовый сдвиг становится равным нулю.

График амплитуды и фазы передаточной функции может быть построен путем подстановки значений f и решения результирующих величин и чисел фазы.

Важно отметить, что частота, на которой происходит фазовый сдвиг на 60 градусов в одной секции фазовых выводов, не является той же частотой, на которой происходит фазовый сдвиг на 180 градусов в трехсекционной фазовой сети, поэтому вы не можете просто решить односекционное фазовое уравнение для частоты и подставить значение 60 градусов, чтобы найти результирующую частоту, при которой будут возникать колебания для заданных значений R и C. Процедура определения частоты колебаний для трехсекционного фазового вывода Сеть описана в следующем разделе, посвященном анализу сети со сдвигом фаз.

2 Анализ схемы фазового сдвига:

Передаточная функция схемы фазового сдвига может быть определена следующим образом:

Используя сеточный анализ и подставив общие переменные полного сопротивления Z 1 вместо C и Z 2 для R, можно вывести следующие три уравнения:

(1) V i = Z 1 I 1 + Z 2 (I 1 -I 2 )
(2) 0 = Z 2 (I 2 -I 1 ) + Z 1 I 2 + Z 2 (I 2 -I 3 )
(3) 0 = Z 2 (I 3 -I 2 ) + Z 1 I 3 + Z 2 I 3
Это можно переставить и записать в терминах токов сетки следующим образом:
(1) V i = (Z 1 + Z 2 ) I 1 - Z 2 I 2
(2) 0 = -Z 2 I 1 + ( Z 1 + 2Z 2 ) I 2 - Z 2 I 3
(3) 0 = -Z 2 I 2 + (Z 1 + 2Z 2 ) Я 3
что дает следующее матричное уравнение:

[V i ] [I 1 ] [(Z 1 + Z 2 ) - Z 2 0]
[0] = [I 2 ] [-Z 2 ( Z 1 + 2Z 2 ) - Z 2 ]
[0] [I 3 ] [0 -Z 2 (Z 1 + 2Z 2 )]
Эта матрица может быть решена для отдельных токов с помощью метода Крамера следующим образом:

Сначала характеристический определитель матрицы вычисляется следующим образом:

| (Z 1 + Z 2 ) - Z 2 0 |
Det = | -Z 2 (Z 1 + 2Z 2 ) - Z 2 | = Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3
| 0 -Z 2 (Z 1 + 2Z 2 ) |


Затем отдельные токи могут быть решены путем подстановки матрицы напряжений в соответствующую позицию в матрице числителя, решения полученного определителя и деления на определитель характеристики следующим образом:

| (Z 1 + Z 2 ) - Z 2 Vi | Z 2 2
I 3 = | -Z 2 (Z 1 + 2Z 2 ) 0 | = V i * ____________________
| 0 -Z 2 0 | Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3
_________________________
Z 8 1 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3
I 3 был выбран первым, чтобы можно было определить выходное напряжение для получения передаточной функции.Поскольку теперь известен I 3 , выходное напряжение просто I 3 , умноженное на полное сопротивление последнего шунта, Z 2 :

Z 2 2
V o = V i * _________________________ * Z 2
Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 6 2 + 1 + 1 Z 2 2 + Z 2 3


Z 2 3
= V i * _________________________

Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3


Следовательно, передаточная функция:

Z 2 3
V o / V i = _________________________
Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z

1 2 + З 2 3


Это можно переписать, разделив числитель и знаменатель на Z 2 3 следующим образом:

1
V o / V i = _________________________
Z 1 3 / Z 2 3 + 5Z 1 2 / Z 2 2 9 / Z 2 + 1


Теперь подставляем переменную 'x' вместо Z 1 / Z 2 ,

1
V o / V i = _________________________
x 3 + 5x 2 + 6x + 1

Критерием колебаний является положительная обратная связь, т.е.е. общий фазовый сдвиг вокруг контура должен быть эквивалентным нулю (кратным 360 градусам), а коэффициент усиления должен быть равен единице или больше. Этому критерию может соответствовать полный фазовый сдвиг в сети на 180 градусов, поскольку усилитель вносит вклад в фазовый сдвиг на 180 градусов за счет своей инверсии. Чтобы фазовый сдвиг составлял 180 градусов, мнимые части передаточной функции должны быть равны нулю. Квадратный член 5x 2 и константа 1 являются чисто действительными, поскольку квадрат j равен -1, поэтому для нулевой мнимой части должно выполняться следующее уравнение:

x 3 + 6x = 0
который дает:
x 2 = -6
так:
x = + sqrt (-6) = + j * sqrt (6)


Если x 3 + 6x = 0, уравнение величины для частоты колебаний упрощается до:

1
V o / V i = __________
5x 2 + 1

Подстановка x = - j * sqrt (6) в это уравнение для x (-j, потому что Z 1 - конденсатор) дает:

1 1
V o / V i = __________ = __________ = - 1/29
5 (- j * sqrt (6)) 2 + 1 5 * (- 1 * 6) +1

Это означает, что передаточная функция схемы фазового сдвига имеет коэффициент усиления 1/29, а отрицательный знак указывает на инверсию фазы на 180 градусов.Следовательно, чтобы удовлетворять критерию усиления для колебаний, усилитель должен иметь коэффициент усиления -29 (опять же, отрицательный знак указывает на инверсию фазы на 180 градусов). Коэффициент усиления может быть выше, но искажения будут самыми низкими при минимальном усилении, необходимом для поддержания колебаний.

Частота колебаний также определяется вышеуказанными критериями колебаний, как показано ниже:

Так как x = Z 1 / Z 2 = (1 / (jwC)) / R = 1 / (jwRC) = -j * sqrt (6),

ш = 1 / (квадрат (6) * R * C)
Поскольку w = 2 * Pi * f,
f = 1 / (2 * Pi * sqrt (6) * R * C)
Это частота, которая даст полный фазовый сдвиг в сети на -180 градусов, что приведет к колебаниям.

Входной импеданс сети можно определить, сначала вычислив I 1 с Vi, равным 1 В, а затем взяв обратную величину. Делается это следующим образом:

| 1 - Z 2 0 | Z 1 2 + 4Z 1 Z 2 + 3Z 2 2
I 1 = | 0 (Z 1 + 2Z 2 ) -Z 2 | = ____________________
| 0 -Z 2 (Z 1 + 2Z 2 ) | Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3
_________________________
Z 8 1 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3


Взяв обратную величину для получения входного импеданса, получаем:

Z 1 3 + 5Z 1 2 Z 2 + 6Z 1 Z 2 2 + Z 2 3
Z 6 ____ 01 = 01 = 1 2 + 4Z 1 Z 2 + 3Z 2 2
Разделив числитель и знаменатель на Z 2 3 , после умножения знаменателя и всего уравнения на Z 2 / Z 2 , (чтобы сделать функцию правильной с точки зрения степени экспоненты в числителе и знаменателе ) дает:
Z 1 3 / Z 2 3 + 5Z 1 2 Z 2 / Z 2 3 + 6Z 1 Z 2 Z 2 2 3 + Z 2 3 / Z 2 3
Z дюйм = Z 2 * _________________________________
Z 1 2 Z 2 9069 3 + 4Z 1 Z 2 2 / Z 2 3 + 3Z 2 3 / Z 2 3
Это упрощается до:
Z 1 3 / Z 2 3 + 5Z 1 2 / Z 2 2 + 6Z 1 / Z 2 + 1
Z дюймов Z 2 * ___________________________
Z 1 2 / Z 2 2 + 4Z 1 / Z 2 + 3
Подставляя переменную 'x' вместо Z 1 / Z 2 ,
x 3 + 5x 2 + 6x + 1
Z в = Z 2 * _______________
x 2 + 4x + 3


При частоте колебаний Z в становится:

(- j * sqrt (6)) 3 + 5 (-j * sqrt (6)) 2 + 6 (-j * sqrt (6)) + 1
Z в = Z 2 * _______________________________________
(- j * sqrt (6)) 2 + 4 (- j * sqrt (6)) + 3
В упрощенном виде это становится:
- 29 Z 2 - 29 Z 2 Z 2
Z в = ______________ = ______________ = ______________
-3 - 4j * sqrt (6) -3 - j9.798 0,103 + j0,338
Это уравнение импеданса показывает, что входной импеданс на частоте колебаний пропорционален Z 2 , но не Z 1 . Если частота должна быть изменена, это сопротивление должно оставаться постоянным, иначе амплитуда колебаний будет изменяться. Если коэффициент усиления усилителя установлен на критическое значение 29, а полное сопротивление уменьшается, коэффициент усиления упадет, а колебания затухнут до нуля. Аналогичным образом, если импеданс увеличивается, увеличивается и усиление, и увеличивается амплитуда колебаний, а также увеличивается искажение на выходе.Следовательно, лучший метод изменения частоты колебаний - это одновременное изменение всех трех импедансов Z 1 . Для этого потребуется тройной переменный конденсатор, что непрактично на низких частотах, используемых в аудиогенераторах, используемых в схемах тремоло. Лучшим подходом было бы использовать версию схемы с фазовой задержкой и изменять три импеданса Z 1 одновременно с трехконтактным потенциометром, поскольку они являются сопротивлениями в конфигурации с фазовой задержкой.Для этого требуется дополнительный изолирующий конденсатор, а также дополнительный резистор смещения, который должен быть большим по сравнению с последовательным сопротивлением, чтобы избежать нагрузки на сеть. Кроме того, версия с фазовой задержкой имеет гораздо более высокие искажения синусоидальной волны на выходе пластины. В качестве альтернативы, коэффициент усиления усилителя может быть намного больше 29, и выходной сигнал будет иметь вариации амплитуды, а также искажение синусоидальной волны при регулировке амплитуды. Изменение амплитуды не является большой проблемой для гитарного усилителя, потому что обычно устанавливают скорость, а затем регулируют интенсивность до желаемого уровня.Кроме того, вариации амплитуды можно минимизировать, сделав полное сопротивление цепи фазового сдвига намного большим, чем выходное сопротивление каскада усилителя.


Авторские права © 1999-2014 Randall Aiken. Запрещается воспроизводить в любой форме без письменного разрешения Aiken Amplification.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.